كنترل جريان هوا در لايه مرزي با استفاده از محرك تخليه سد دي‌الكتريك

Air Flow Control at a Boundary Layer Using a Surface Dielectric Barrier Discharge Actuator

محرك‌هاي پلاسمايي آيروديناميك، قابليت خود را به ¬عنوان يك ابزار كنترل جريان در كاربردهاي متفاوت، نشان داده‌است. مطالعه حاضر نتايج يك طرح ابتكاري را ارائه مي‌دهد كه در آن از يك منبع تغذيه براي توليد جريان ولتاژ بالا (بيش از 8 كيلو ولت) و در بسامد بالا (بيش از 10 كيلوهرتز) استفاده شد. سپس اين جريان براي يونيزه كردن هواي راكد در فشار اتمسفري در سطح يك قطعه محرك پلاسمايي به¬كار برده شد. پيكربندي محرك پلاسمايي مورد استفاده در اين مطالعه بسيار ساده و شامل دو الكترود بود كه به¬طور نامتقارن چيده شدند. يكي از الكترودها در معرض هواي محيط و ديگري در طرف ديگر ماده دي‌الكتريك قرار گرفت. وقتي يك ولتاژ متناوب بالا اعمال مي‌شد، تخليه پلاسمايي روي سطح عايق، بالاي الكترود عايق شده ظاهر مي‌گرديد و تكانه هدايت شده به¬ درون هواي محيط جفت مي‌شد. مقدار جفت شدگي تكانه در تغيير اساسي جريان هوا روي سطح محرك مؤثر بود. جفت شدگي تكانه يك جريان هواي القايي توليد مي‌كرد كه روي دو طرف لايه دي‌الكتريك كشيده مي‌شد. اين جفت شدگي، سرعت هوا را در لايه مرزي از مقدار صفر افزايش مي¬داد و باعث اصلاح جريان هوا در لايه مرزي مي‌گرديد. در اين مطالعه سرعت جريان القايي در غياب جريان هوا اندازه گيري ‌شد. اين سرعت القايي را مي‌توان به¬وسيله لوله پيتوت اندازه گرفت. در اين پژوهش اثر بسامد و جنس ماده دي‌الكتريك بر ميزان افزايش سرعت القايي بررسي شد. نتايج نشان داد كه در يك بسامد بهينه (در اين مطالعه فركانس 5/7 كيلوهرتز) سرعت جريان القايي به حداكثر مقدار خود مي‌رسد. نتايج همچنين نشان داد كه سرعت القايي در ارتفاع 5/0 ميلي¬متري بالاي دي‌الكتريك پلكسي گلاس به 5 متر برثانيه و در تفلون نزديك به 6 متر بر ثانيه مي‌رسد. بنابراين ثابت دي‌الكتريك در ميزان سرعت القايي نقش قابل توجهي ايفا مي‌كند. وزن كم، كوچك بودن اندازه، عدم نياز به اجزاي متحرك، قابليت اطمينان بالا، پايين بودن قيمت، پهناي باند بالا، پاسخ سريع و افزايش چالاكي آئروديناميكي جزو مزاياي عمده قطعه كنترل جريان محرك پلاسما نسبت به قطعات كنترل جريان سنتي است.

The aerodynamic plasma actuators have shown their capability as a flow control device in different applications. This study presents an inventory design in which a power supply is used to generate a high voltage (up to 8kV) at high frequency (up to 10 kHz) output. The High voltage generator is applied to ionize ambient air at atmospheric pressure at the surface of a plasma actuator. The configuration of the plasma actuator is simple. It consists of two electrodes arranged asymmetrically. One of the electrodes was exposed to the surrounding air, and the other was on the other side of the dielectric material.. When a high AC voltage was applied, a plasma discharge appeared on the insulator surface above the insulated electrode, and directed momentum was coupled into the surrounding air. The amount of the coupling momentum was effective in substantially altering airflow over the actuator surface. The coupling momentum induced an air flow that expanded over both sides of dielectric layer. Such a coupling can increase air velocity in boundary layer from zero modifying air flow. However in this study the induced air flow was measured in the absence of external airflow using a pilot tube. The effect of frequency and dielectric material on induced air velocity was also studied. The results showed that there is an optimal frequency (7.5 kHz in this study) at which the induced air flow reaches its maximum velocity. The results revealed that the induced air velocity at the top of dielectric up to 0.5 mm reaches to 5m/s for Plexiglas dielectric and to 6m/s for Teflon. Hence, the dielectric constant plays a significant role in inducing air velocity. The advantages of the plasma actuator flow control device over traditional flow control devices are: smaller in size and weight, absence of moving parts, higher reliability, inexpensiveness, broader bandwidth (quick response), reduced drag and increased aerodynamic agility.