مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

بررسی عددی عوامل موثر بر کارایی محرک‌های پلاسمایی پایا و ناپایا بر روی جریان هوای عبوری از روی صفحه تخت

نویسندگان
1 دانشجوی کارشناسی ارشد، مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران
2 استادیار دانشگاه مالک اشتر مجتمع دانشگاهی هوافضا
3 دکترای مهندسی هوافضا، مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران
4 مجتمع دانشگاهی هو.افضا، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران ایران
چکیده
توانایی کنترل جریان، یکی از نیازهای اساسی در علم مکانیک سیالات است که پیوسته توسط محققین دنبال می‌شود. یکی از روش‌های نوین در این حیطه، استفاده از عملگرهای پلاسمایی است که به وسیله‌ی تزریق ممنتوم به لایه مرزی، سبب تأخیر در وقوع پدیده جدایش می‌شود. هدف از این بررسی، کمک به بهینه سازی پرامترهای الکتریکی به منظور دستیابی به گردابه‌های تولیدی قوی‌تر و به دنبال آن باد یونی موثرتر، ایجاد شده توسط محرک‌های پلاسمایی تخلیه سد دی الکتریکی پایا و ناپایا (موج ورودی به این محرک دارای رفتار غیردائمی می‌باشد) بر روی جریان هوای عبوری از روی یک صفحه تخت می‌باشد. برای این منظور، صفحه تخت مذکورتحت جریان هوای عبوری با سرعت m/s5 شبیه‌سازی گردید. پروفیل‌های سرعت متوسط باد یونی القایی نشان داد که در هر دو محرک پایا و ناپایا، با افزایش فرکانس و ولتاژ اعمالی به محرک‌، سرعت متوسط جریان افزایش می‌یابد و به سطح نزدیک‌تر می‌گردد. همچنین در محرک ناپایا با افزایش سیکل وظیفه قدرت گردابه‌های تولید شده توسط محرک‌های پلاسمایی افزایش می‌یابد. در ادامه با بررسی‌های انجام شده بر روی سرعت باد یونی القایی در موقعیت‌های مختلف بر روی صفحه (در بالا دست و پایین دست محرک)، مشاهده گردید که مقدار ماکزیمم سرعت متوسط جریان در پایین دست محرک و در نزدیکی سطح اتفاق می‌افتد.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Numerical investigation of factors affecting in the steady and unsteady plasma actuators performance on the airflow through the flat plate

نویسندگان English

Mojtaba Ahmadpour Roudsari 1
Hamid Parhizkar 2
Gholam Hossein Pouryoussefi 3
ABBAS TARABI 4
1 Aerospace Department, Malek Ashtar University of Technology, Tehran, Iran
2 Aerospace Department, Malek Ashtar University of Technology, Tehran, Iran
3 Aerospace Department, K.N. Toosi University of Technology, Tehran, Iran
4 Malek -Ashtar University of Technology, Tehran, Iran
چکیده English

The ability to control the flow, is one of the basic needs of Fluid Mechanics that constantly pursued by researchers. One of the new methods in this area, is using Dielectric barrier discharge (DBD) plasma actuators that by injecting momentum into the boundary layer, causing a delay in the phenomenon separation. The main object in this work was to help to optimize the electrical parameters to obtain stranger vortex and more effective ionic wind created by steady and unsteady plasma actuators on the air through the flat plate. For this reason, simulation is done for a flat plate with the compressible 5 m/s velocity airflow. The time averaged velocity profiles of the ionic wind show that averaged velocity come more and the position of the maximum velocity come near the surface by increasing the excitation voltage and frequency. The power, of the vortices that are shed form the unsteady actuator, increases by increasing duty cycle percentage. Our results on the ionic wind velocity on different position on the flat plate indicate that the maximum averaged velocity occurs in downstream of plasma actuator.

کلیدواژه‌ها English

Plasma Actuator
Active Flow Control Method
Boundary Layer
Duty Cycle
[1] M. Gad-el-Hak, M. Pollard, J. P. Bounnet, Flow Control: Fundamental and Practices,pp. 335-467, Verlag Berlin Heidelberg, Springer, 1998.
[2] M. P. Patel, T. T. Ng, S. Vasudevan, T. C. Corke, M. Post, T. E. McLaughlin, et al., Scaling effects of an aerodynamic plasma actuator, Journal of Aircraft, Vol. 45, No. 1, pp. 223-236, 2008.
[3] W. Shyy, B. Jayaraman, A. Andersson, Modeling of glow discharge-induced fluid dynamics, Journal of Applied Physics, Vol. 92, No. 11, pp. 6434-6443, 2002.
[4] M. Malik, L. Weinstein, M. Hussani, Ion wind drag reduction, AIAA 21th Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, AIAA Paper 83-0231, Reno, NV, Jan, 1983
[5] M. Forte, J. Jolibois, F. Moreau, G. Touchard, M. Gazalens, Optimization of a dielectric barrier discharge actuator by stationary and non-stationary measurements of the induced flow velocity-application to flow control, Experiments in Fluids, Vol. 43, No. 6, pp. 917-928, 2007
[6] K. P. Singh, S. Roy, D. Gaitonde, Study of control parameters for separation mitigation using an asymmetric single dielectric barrier plasma actuator, Plasma Sources Science and Technology, Vol. 15, No. 4, pp 735-743, 2006.
[7] G. M. Colver, S. El-Khabiry, Modeling of DC corona discharge along an electrically conductive flat plate with gas flow, Industry Applications, IEEE Transactions on, Vol. 35, No. 2, pp. 387-394, 1999.
[8] C. Noger, J. S. Chang, G. Touchard, Active controls of electrohydrodynamically induced secondary flow in corona discharge reactor, Proc. 2nd Int’l Symp Plasma Techn. Polution Cont, Bahia, pp. 136-141, 1997.
[9] J. R. Roth, D. M. Sherman, S. P. Wilkinson, Electrohydrodynamic flow control with a glow-discharge surface plasma, AIAA Journal, Vol. 38, No. 7, pp. 1166-1172, 2000.
[10] S. P. Wilkinson, Investigation of an oscillating surface plasma for turbulent drag reduction, AIAA Paper, Vol. 1023, pp. 2003, 2003.
[11] J. D’Adamo, G. Artana, E. Moreau, G. Touchard, Control of the airflow close to a flat plate with electrohydrodynamic actuators, ASME 2002 Joint US- European Fluids Engineering Division Conference, pp. 1339-1344, Montreal, Quebec, Canada, July 14–18, 2002.
[12] R. Sosa, E. Moreau, G. Touchard, G. Artana, Stall control at high angle of attack with periodically excited EHD actuators, 35th AIAA Plasmadynamics and Lasers Conference, Portland, Oregan, 28 June-1 July, 2004.
[13] N. Benard, P. Braud, J. Jolibois, E. Moreau, Airflow reattachment along a NACA 0015 airfoil by a surface dielectric barrier discharge actuator—timeresolved particle image velocimetry investigation, 4th Flow Control Conference, Fluid Dynamics and Co-located Conferences,Seattle, Washington, 23-26 June, 2008.
[14] M. L. Post, T. C. Corke, Separation control on high angle of attack airfoil using plasma actuators, AIAA Journal, Vol. 42, No. 11, pp. 2177-2184, 2004.
[15] M. L. Post, T. C. Corke, Separation control using plasma actuators: Dynamic stall vortex control on oscillating airfoil, AIAA Journal, Vol. 44, No. 12, pp. 3125-3135, 2006.
[16] H. Do, W. Kim, M. G. Mungal, M. A. Cappelli, Bluff body flow separation control using surface dielectric barrier discharges, 45th AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, Nevada, 2007.
[17] J. W. Gregory, Ch. O. Porter, T. E. McLaughlin, Circular cylinder wake control using spatially distributed plasma forcing, 4th Flow Control Conference, Fluid Dynamics and Co-located Conferences, Wahington, 23-26 June, 2008.
[18] G. I. Font, Boundary layer control with atmospheric plasma discharges, AIAA Journal, Vol. 44, No. 7, pp. 1572-1578, 2006.
[19] D. M. Schatzman, F. O. Thomas, Turbulent boundary layer separation control with plasma actuators, 4th Flow Control Conference, Fluid Dynamics and Co-located Conferences, Wahington, 23-26 June, 2008.
[20] C. He, T. C. Corke, M. P. Patel, Plasma flaps and slats: an application of weakly ionized plasma actuators, Journal of Aircraft, Vol. 46, No. 3, pp. 864-873, 2009.
[21] J. Huang, T. C. Corke, F. O. Thomas, Plasma actuators for separation control of low-pressure turbine blades, AIAA Journal, Vol. 44, No. 1, pp. 51-57, 2006.
[22] D. K. V. Ness, T. C. Corke, S. C. Morris, Turbine tip clearance flow control using plasma actuators, AIAA Paper, Vol. 21, pp. 2006, 2006.
[23] F. O. Thomas, A. Kozlov, T. C. Corke, Plasma actuators for cylinder flow control and noise reduction, AIAA Journal, Vol. 46, No. 8, pp. 1921-1931, 2008.
[24] C. L. Enloe, T. E. McLaughlin, R. D. Van Dyken, K. D. Kachner, E. J. Jumper, T. C. Corke, Mechanisms and responses of a single dielectric barrier plasma actuator: Plasma morphology, AIAA Journal, Vol. 42, No. 3, pp. 589- 594, 2004.
[25] G. H. Pouryussefi, Experimental Investigation of Leading Edge Separation Bubble Control on an Iced Airfoil by Plasma Actuator, PhD Thesis, Department of Aerospace Engineering, K.N.Toosi University, Tehran, 2015. (in Persian فارسی(
[26] B. L. Owsenek, J. Seyed-Yaghoobi, Theoretical and experimental study of electrohydrodynamic heat transfer enhancement through wire-plate corona discharge, ASME Journal of Heat Transfer, Vol. 119, No. 3, pp. 604-610, 1997.
[27] D. M. Orlov, T. C. Corke, M. L. Patel, Electric circuit model for aerodynamic plasma actuator, 44th AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, Aerospace Sciences Meetings, Nevada, 9-12 January, 2006.
[28] D. M. Orlov, Modeling and Simulation of Single Dielectric Barrier Discharge Plasma Actuators, Ph.D. Thesis, University of Notre Dame, Indiana, 2006.
[29] G. Font, W. L. Morgan, Plasma discharge in atmospheric pressure oxygen for boundary layer separation control, 35th AIAA Fluid Dynamics Conference and Exhibit, Fluid Dynamics and Co-located Conferences, Ontario, Canada, 6-9 June, 2005.
[30] M. Forte, J. Jolibois, F. Moreau, G. Touchard, M. Gazalens, Optimization of a dielectric barrier discharge actuator by stationary and non-stationary measurements of the induced flow velocity-application to flow control, Experiments in Fluids, Vol. 43, No. 6, 2007, PP. 917-928.
[31] T. C. Corke, M. L. Post, D. M. Orlov, Single dielectric barrier discharge plasma enhanced aerodynamics: Physics, modeling and applications, Exp. Fluid, Vol. 46, No. 1, pp. 1-26, 2009.
[32] D. M. Orlov, T. C. Corke, Numerical simulation of aerodynamic plasma actuator effects, 43rd AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, Aerospace Sciences Meetings, Nevada, 10-13 January, 2005.
[33] F. O. Thomas, T. C. Corke, M. Iqbal, A. Kozlov, D. Schatzman, Optimazation of dielectric barrier discharge plasma actuator for active aerodynamic flow control, AIAA Journal, Vol. 47, No. 9, pp. 2169-2178, 2009.
[34] F. O. Thomas, A. Kozlov, T. C. Corke, Plasma actuators for cylinder flow control and noise reduction, AIAA Journal, Vol. 46, No. 8, pp. 1921-1931, 2008.