纳秒等离子体激励器特性以及流动控制应用的数值模拟

来源 :南京航空航天大学 | 被引量 : 5次 | 上传用户:cats2106
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为更好的研究和揭示纳秒脉冲放电的机理与演化规律,本文对纳秒脉冲等离子体激励器的放电特性以及气动激励进行了仿真研究。为纳秒脉冲等离子体激励器应用于流动控制研究提供参考。论文首先简要介绍了等离子体放电理论,分析了等离子体对流场进行流动控制的三个机理,介绍了等离子流动控制技术在航空领域内的应用。之后,详细介绍了基于多物理场耦合的等离子体气动激励仿真方法,以及等离子体计算模块以及流体计算模块数学模型。然后,本文实现了纳秒脉冲介质阻挡放电(Nanosecond Surface Dielectric Barrier Discharge,NS-DBD)等离子体激励器在静止空气中的放电特性以及气动激励的数值模拟研究,分析了NS-DBD等离子体激励器的机理与演变规律。通过与实验现象对比,验证了数值仿真模型的准确性。在此基础上,研究了激励器物理参数以及电压脉宽变化对流场的影响,并考察了不同构型的NS-DBD等离子体激励器的放电特性以及气动激励。最后,研究了NS-DBD等离子体激励器在圆柱高速流动控制中的应用,研究表明在介质阻挡放电形成的等离子体区域,有局部能量快速注入,由此引发很强的压力扰动,形成的半圆形压缩波对于脱体激波有很强的干扰作用,减弱了激波强度,导致阻力减少了13%。同时,本文对纳秒脉冲等离子体合成射流(Nanosecond Plasma Synthetic Jet, NS-PSJ)激励器进行了仿真研究,主要考虑等离子体对于空气能量传输作用,模拟了NS-PSJ激励器在静止空气中的放电特性以及气动激励效果。研究表明快速加热的效应使得腔体内压力急剧升高,腔内的气体高速喷出,形成了高压冲击波以及高速射流。最后,研究了NS-PSJ激励器与激波附面层之间的相互作用。研究表明激励器对于激波的强度都有一定的削弱作用。两种激励器对于激波强度的削弱作用在量级上是一致的,相对减少了8%,同时激励器对于分离斜激波角、再附着斜激波角有一定的削弱作用,不过作用效率不高仍需进一步研究。
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