随着全球对可持续[1]和分布式能源系统需求的增长，微尺度能量采集技术的研究受到了广泛关注[2]。其中，流致振动能量采集器（FIVEH）因其紧凑的结构、自激振动以及在低速流场中的适应性而被认为是小型自供电系统的有前景的解决方案[3]。该设备通过周期性结构振动将流体动能转换为电能，可为偏远或无需维护环境中的无线传感器提供动力。然而，由于空气动力激励较弱和尾流结构不稳定，其能量转换效率和输出功率仍然较低，限制了其实际应用。
FIVEH的性能主要取决于钝体与流体之间的非线性耦合，包括涡激振动（VIV）和振荡。VIV是由与结构固有频率同步的周期性涡脱落引起的[4]。振荡是由不对称空气动力驱动的自激振动，需要更高的启动速度[5]。在某些条件下，这两种现象可能同时发生，形成VIV-振荡耦合[6]，虽然可以获得较大的振幅，但对流动和阻尼条件非常敏感。He等人[7]研究了高雷诺数下光滑和表面改性圆柱体的瞬态响应。Zhang等人[8]建立了非线性阻尼模型来研究不同阻尼模型下能量采集器的响应。为了提高能量采集性能，提出了多种被动优化策略，其中形状优化最为重要。在VIV研究中，扩大锁相范围和增加振动幅度是关键目标。Wang等人[9]设计了一种带凹槽的圆柱形钝体，使振幅增加了100%，并将工作带宽扩展了75%（2-4 m/s），但这限制了其在高风速下的应用。对于振荡，Zhao等人[10]提出了一种漏斗形采集器，其最大功率密度为2.34 mW/cm³。Yang等人[11]比较了不同钝体形状，发现三角形钝体表现更优。此外，两个圆柱体和一个3D立方段的组合结构实现了VIV-振荡耦合[12]。此外，被动湍流控制（PTC）通过操纵流动分离来诱导VIV和振荡的耦合。He等人[13]研究了附着条带的厚度和粗糙度对动态响应的影响，并发现光滑附着条带的性能更优。这些研究为钝体设计提供了基础。
除了几何优化外，研究人员还认识到流场调制是一种更有效的策略。文丘里效应可以增加流体动能的总体输入，基于文丘里效应的全局流体加速机制受到了广泛关注。通过使用几何收缩或导向结构来加速局部流体，系统可以在较低的来流速度下进入有效的振动状态[14]。这种机制已应用于涡轮机[15]、[16]、[17]和纳米发电机[18]等领域，可以将其流速提高约1.5-2倍，从而降低启动速度。在FIVEH领域，Liang等人[19]通过构建湍流柱阵列实现了流场调制，与没有湍流柱的情况相比，功率密度提高了144.6倍。然而，由于难以精细控制尾流特性，全局流场调制存在局限性。
为了精细控制尾流，研究人员提出了引入干涉结构来专门调节能量采集器周围的尾流场。早期研究[20]主要关注揭示典型几何形状之间的基本干涉机制。后来，研究重点逐渐转向干涉装置如何提高能量采集性能。通过在上游放置干涉板或干涉柱[21]，可以重新分配流场，使振动模式从VIV转变为振荡，从而提高能量转换效率。例如，Li等人[22]通过设置上游干涉柱实现了VIV-振荡耦合，使能量转换效率提高了38.4%。Gong等人[23]进一步研究了不同间距和宽度的下游干涉板对能量采集器的影响，确定了最佳配置，实现了12.01%的最高效率。Wan等人[24]创新性地提出了一种具有两个自由度的嵌套结构采集器，使功率密度提高了27.8%。为了研究截面形状的影响，Zhang等人[25]研究了不同截面的干涉柱，其中方形干涉柱将锁相宽度增加了380%，输出功率达到了803.4 mW。此外，Yan等人[26]研究了D形和新月形钝体在上游干涉配置下的性能，使功率密度提高了63倍。尽管局部流场调制可以增强振动响应和能量输出，但其降低启动速度的效果仍然有限。研究表明，结合全局流加速和局部尾流调制是触发振动并在低流速下提高性能的有效方法。
然而，现有的关于尾流干涉的研究主要探讨了不同间距和障碍物大小对功率和效率的影响。Kun Lei[22]报告称，在S/D=10的间距比下，使用方形圆柱体实现了38.4%的最大效率提升，这在低风速（4 m/s）时提供了高效率。功率是能量采集器的另一个关键参数。Wan Sun[24]提出的系统将功率密度提高了27.8%，并在相对较高的风速下改善了输出。然而，这两个参数往往相互矛盾。例如，Gong[23]发现，当考虑功率时，挡板间隙比0.5D是最优的；而当优先考虑效率时，1.0D是最优的。因此，很难确定同时平衡功率和效率的理想干涉参数。
本研究提出了一种结合收敛加速效应和下游干涉板（CAIP-EH）的新型能量采集器。分析了不同宽度和间隙比下的电响应和能量采集性能。使用数值模拟研究了下游板的效果。应用EWM-TOPSIS方法评估和排名了低风速下的采集器性能，同时考虑了功率和效率[27]。通过与其他能量采集器的比较，验证了最佳设计。
