多相等离子体气动激励流动特性

等离子体激励器电极组相位不同便产生多相等离子体气动激励,建立了粒子图像测速仪流场参数测试系统,利用粒子图像测速仪技术,研究了非对称布局等离子体气动激励诱导空气流动特性,分析了多相等离子体气动激励对诱导空气流动速度的影响。结果表明：粒子图像测速仪流场测试系统能够准确地反映等离子体气动激励诱导空气流动的流场空间结构,等离子体气动激励诱导空气流动是平行于激励器的近壁面射流,多相等离子体气动激励能够增大等离子体气动激励诱导气流速度,或者使等离子体气动激励影响流场区域增大。粒子图像测速仪系统是深入研究等离子体气动激励的流场结构最佳的方式之一。     

等离子体气动激励器布局对放电特性与加速效果的影响

在常规大气环境下,对常规、半圆和锯齿三种不同布局的等离子体气动激励器的放电特性与加速效果进行了实验研究,对不同激励参数下的频率与放电电压和频率与放电电流以及等离子体气动激励器诱导的边界层速度进行了测量。实验结果表明：当等离子气动激励器基本设计参数相同时,布局形式的改变使得放电电压和放电电流参数值发生变化,但其谐振频率保持不变,诱导气流速度则相应的发生改变;实验中还发现,半圆、锯齿等离子体气动激励器放电时离子流对绝缘材料有很强的破坏作用。     

磁加速等离子体激励器激励特性

为了增强等离子体激励器的扰动能力、提升等离子体气动激励的控制效果,采用高压探针、烟流显示和PIV流场测试等多种研究手段,开展了磁场加速等离子体激励器特性研究,获得了激励器不同时刻的放电图像,分析了磁场强度对激励器电学特性与诱导流场特性的影响规律.结果表明,（1）放电等离子体的定向运动速度与磁场强度成正比,磁加速等离子体的最大移动速度达到了6 m/s;（2）通过对不同剖面的诱导流场进行研究发现,磁场加速等离子体激励器能够在近壁区产生一系列涡结构.此外,该诱导流场具有显著的三维特征与非定常特性.研究结果为开展基于磁加速等离子体气动激励的流动控制奠定了基础.      

三电极共面介质阻挡放电的放电特性及诱导气流实验研究

等离子体流动控制激励器由于其响应速度快、激励频带宽、能量损耗低、可靠性强的优势,在航空航天领域的主动流动控制等方面得到了广泛应用.文章提出了一种新型的等离子体气动激励器——三电极共面介质阻挡放电激励器,研究了该激励器电极结构对放电特性和诱导气流速度的影响,并与传统共面介质阻挡放电和沿面介质阻挡放电激励器进行了比较.结果表明:（1）随着激励电压的提高,高压电极和地电极之间先出现了丝状放电并逐渐延伸到第三电极;（2）随着第三电极与高压电极之间的距离增大,诱导气流速率从2.4 m/s下降到0 m/s,而第三电极宽度的变动对诱导气流速度影响可忽略不计;（3）相同外部条件下,该激励器诱导的气流速度小于沿面介质阻挡放电激励器,但高于共面介质阻挡放电激励器.      

飞翼模型纵向气动特性等离子体流动控制试验

为了改善大展弦比飞翼模型纵向操纵性和稳定性,在低速风洞中开展了等离子体流动控制技术的试验研究.采用粒子图像测速技术获取了等离子体对翼面流场的影响.采用静态测力技术获取了等离子体对模型气动力和升降舵舵效的影响.采用虚拟飞行试验技术获取了等离子体对俯仰角和俯仰角速度时间历程的影响.通过对粒子图像测速和测力试验结果的分析表明,等离子体能够抑制翼面流动分离,阻止气动中心前移,改善模型的大迎角纵向气动特性.通过分析不同舵偏角的测力数据,来流风速V=50 m/s时等离子体能够改善飞翼模型大迎角的升降舵舵效,在不同舵偏角时均使模型的最大升力系数提高约0.1、失速迎角推迟4°以上.通过分析虚拟飞行试验结果,等离子体能够将模型的临界俯仰角提高3.6°,能够改善飞翼模型的纵向飞行稳定性和操纵性.     

等离子体气动激励机理数值研究

基于介质阻挡与准直流电弧放电的物理过程, 分析了它们的气动激励机理, 建立了各自的气动激励模型, 并分别研究了它们对低速和超声速流动的激励效果. 结果显示: 介质挡板放电等离子体气动激励机理是改变了连续流体中的三种力, 即由牛顿内摩擦引起的剪切应力、由电动力学引起的体积力及由压力突变引起的冲击力, 其中基于电动力学的体积力效应占主导地位; 临近空间环境中体积力的作用效果更强, 诱导速度更大; 超声速来流下准直流电弧放电气动激励机理主要是等离子体的热阻塞效应, 本文所建立的爆炸丝传热模型可以用于仿真其控制激波的过程; 热电弧对于超声速来流而言就像一个具有一定斜坡角度的虚拟突起, 可用于高超声速飞行器前体激波的控制.     

等离子体气动激励控制激波的机理研究

针对等离子体气动激励控制激波的热效应机理和电离效应机理的争议,分别采用热阻塞模型和离子声波模型,理论推导出了不同机理前提下电弧等离子体对尖劈斜激波的影响规律.对于热效应机理,激波变化规律是激波起始点前移、形状不弯曲以及角度减小;对于电离效应机理,激波变化规律是激波起始点仍维持在尖劈前缘点处、形状分为两段发生弯曲以及起始段的角度增大.针对该对立的理论推导结果,进行了电弧等离子体控制尖劈斜激波的超声速风洞实验研究,实验观察到尖劈斜激波起始点前移4 mm,激波角度减小8.6%,激波形状未发生弯曲.以热效应机理为前提推导出的理论结果与该实验结果相符,从而验证了等离子体气动激励控制激波是热效应机理在起主要作用. 关键词： 等离子体气动激励 激波 热效应 电离效应     

边界层效应影响等离子体气动激励诱导激波机理

针对小型暂冲式超声速风洞进行的诱导激波实验结果,提出等离子体气动激励诱导激波的机理不仅取决于放电时产生的焦耳热效应,放电区域的边界层厚度也起到了决定性的作用的推论。为进一步验证此思想,在高超声速激波风洞进行了等离子体气动激励诱导激波的实验研究。结果表明,在边界层很薄的情况下,等离子体气动激励能够诱导出斜激波。分别阐述了两种实验条件下诱导激波的机理,证实了边界层效应在等离子体与激波相互作用中起到了决定性作用。     

边界层效应影响等离子体气动激励诱导激波机理

 针对小型暂冲式超声速风洞进行的诱导激波实验结果,提出等离子体气动激励诱导激波的机理不仅取决于放电时产生的焦耳热效应,放电区域的边界层厚度也起到了决定性的作用的推论。为进一步验证此思想,在高超声速激波风洞进行了等离子体气动激励诱导激波的实验研究。结果表明,在边界层很薄的情况下,等离子体气动激励能够诱导出斜激波。分别阐述了两种实验条件下诱导激波的机理,证实了边界层效应在等离子体与激波相互作用中起到了决定性作用。     

发动机短舱三维流动分离纳秒脉冲等离子体激励控制研究

侧风条件下发动机短舱唇口处流动分离具有明显的三维分离特性,相比于二维流动分离,控制难度更大.本文通过实验和数值,探究了纳秒脉冲等离子体激励对短舱三维流动分离的控制效果及作用机理.实验研究表明,纳秒脉冲等离子体激励可有效抑制进气道唇口三维流动分离,降低进气道出口流场畸变程度;数值仿真研究表明,纳秒脉冲等离子体激励通过向流...     

Experimental investigation of nanosecond discharge plasma aerodynamic actuation

In this paper we report on an experimental study of the characteristics of nanosecond pulsed discharge plasma aerodynamic actuation. The N 2 (C 3 Π u ) rotational and vibrational temperatures are around 430 K and 0.24 eV, respectively. The emission intensity ratio between the first negative system and the second positive system of N 2 , as a rough indicator of the temporally and spatially averaged electron energy, has a minor dependence on applied voltage amplitude. The induced flow direction is not parallel, but vertical to the dielectric layer surface, as shown by measurements of body force, velocity, and vorticity. Nanosecond discharge plasma aerodynamic actuation is effective in airfoil flow separation control at freestream speeds up to 100 m/s.     

Thermal and induced flow characteristics of radio frequency surface dielectric barrier discharge plasma actuation at atmospheric pressure

Thermal and induced flow velocity characteristics of radio frequency(RF) surface dielectric barrier discharge(SDBD)plasma actuation are experimentally investigated in this paper. The spatial and temporal distributions of the dielectric surface temperature are measured with the infrared thermography at atmospheric pressure. In the spanwise direction, the highest dielectric surface temperature is acquired at the center of the high voltage electrode, while it reduces gradually along the chordwise direction. The maximum temperature of the dielectric surface raises rapidly once discharge begins.After several seconds(typically 100 s), the temperature reaches equilibrium among the actuator's surface, plasma, and surrounding air. The maximum dielectric surface temperature is higher than that powered by an AC power supply in dozens of k Hz. Influences of the duty cycle and the input frequency on the thermal characteristics are analyzed. When the duty cycle increases, the maximum dielectric surface temperature increases linearly. However, the maximum dielectric surface temperature increases nonlinearly when the input frequency varies from 0.47 MHz to 1.61 MHz. The induced flow velocity of the RF SDBD actuator is 0.25 m/s.     

Experimental Characterization of Sub-Millimetric Fluidic Actuators: Application to Boundary Layer Separation Control

Abstract

Sub-millimetric synthetic, continuous, and pulsed-jet actuators under identical conditions of generation are experimentally compared. Particle image velocimetry and hot-wire anemometry were used for measuring the velocity field. In the second part of the article, the interaction of these three types of actuators with a transverse external flow is characterized using the same experimental techniques. The studied plate is bended downstream from the actuator. Two angles are studied—0° and 28°. The efficiency of the fluidic action on the reattachment of the boundary layer is shown to be strongly dependant on the type of the jet.     

应用粒子图像测试技术测量球床多孔介质单相流动的流场

多孔介质在生产生活以及科技发展中的应用十分广泛, 随着能源、化工、冶金和原子能等领域技术的发展, 以及近代工农业生产技术的进步, 大量多孔介质的传热传质问题逐渐出现, 进一步促进了多孔介质学科的形成和发展, 使其成为当今科学技术中令人瞩目的研究热点之一. 通过实验获得准确的实验图像和数据, 并使用相应软件对实验所得数据和流体流动图像进行深度分析, 这样既有真实可靠的实际数据, 又有直观的理论的支持, 使对多孔介质的研究更为完善. 实验结合粒子图像测试技术和折射率匹配技术对叉排排列玻璃球多孔介质填充床内的流体流动转变过程进行流场测试, 并提取数据, 采用Tecplot软件对提取数据进行处理, 得出流体流动机理的转变过程. 实验固相为由直径25 mm水晶玻璃球叉排堆积而成的填充床, 液相为65%苯甲醇和35% 无水乙醇配制的匹配液. 液相与固相的折射率都为1.477, 成功消除由于折射率不匹配引起的激光光线偏折. 实验得到雷诺数为 4.7 ≤ Re ≤ 1000时球床内流场图, 对比不同雷诺数时流场和流线变化得出: 随着雷诺数的增加, 流线变得越来越紊乱; 当雷诺数在220以上时, 球床内漩涡在尺寸变化上出现突跃, 在位置和形态变化表现出随机特征, 预示进入了稳定的湍流.     

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对等离子体气动激励控制边界层进行了数值仿真。将等离子体气动激励对边界层的作用建模成动量和热量。通过由基于表面放电的二维流体体力模型得到的等离子体气动激励的体力分布函数,得到向边界层注入的动量和热量分布,将动量和热量以源项的形式引入N-S方程求解。研究了等离子体气动激励的强度、激励电极的数目、来流速度的大小以及热量项的大小对等离子体气动激励作用效果的影响,仿真结果与实验一致。