介质阻挡放电等离子体放电过程数值模拟及气动激励特性研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:littlebone
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随着空气动力学领域的不断发展,被动流动控制技术逐渐难以克服当今气动设计工作中产生的巨大挑战,主动流动控制技术中的介质阻挡放电等离子体激励器因其独特的优势得到了广泛研究,其在飞行器的增升减阻、提升压气机稳定裕度、提高涡轮效率以及抑制附面层流动分离等方面具有广阔的发展前景。近年来,对等离子体放电过程的研究不断深入,数值模拟手段作为研究放电和流动过程的重要手段,在揭示放电机理和优化激励强度方面具有明显优势,因此进行等离子体放电过程数值模拟和气动激励特性的研究有着重要意义。本文采用漂移扩散近似的流体模型对等离子体放电过程进行了仿真,综合考虑了放电过程涉及的化学反应、电场迁移、粒子输运、动量传递等物理机理,得到了放电过程中各组分粒子以及电场分布等放电参数的时空变化特性以及激励诱导体积力分布情况。放电过程的数值仿真结果表明放电击穿形成了等离子体通道,该过程中电子数密度在极短的时间内快速升高并在高压电极附近积累,同时产生的带电粒子又电场分布的形态产生影响,这促进了等离子体通道沿介质表面向下游发展。通过对激励诱导体积力的分析,发现了等离子体放电过程不仅在水平方向产生诱导加速的体积力,而且在接地电极上方的鞘层区域存在向壁面方向作用的体积力效果。之后通过改变介质阻挡放电等离子体激励器的工作参数,分析了电极间距、绝缘板相对介电常数以及电压幅值对放电特性的影响,结果显示较小的电极间距使放电发展更加充分,诱导体积力分布向壁面靠近;较小绝缘板介电常数不利于放电沿介质表面发展,较大的介电常数会削弱电场强度影响激励体积力强度;更大的电压幅值会获得更高的放电强度且体积力分布靠近壁面。介质阻挡放电等离子体激励器在流动控制的作用机理以及诱导流动效果是当前研究的热点问题。本文通过等离子体放电模型对静止流场的诱导流动效果进行了数值研究,激励器诱导气体流动产生启动涡,并最终发展为射流。放电击穿过程中快速的能量释放导致局部气体温度迅速升高,从而产生一道不断衰减的压力波。最后对等离子体激励器施加于NACA 0015翼型不同弦长位置的流动分离抑制效果进行了探究,结果发现在翼型前缘以及中间位置施加激励时可以有效抑制分离的发生,并提高翼型的升力和失速迎角。
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