新型介质阻挡放电等离子体激励器的放电与诱导流动特性实验

等离子体流动控制扩大压气机稳定性对等离子体激励器的诱导气流速度提出了更高的要求。进行了新型布局介质阻挡放电等离子体激励器的放电特性与诱导流动特性研究,实验研究不同放电电压和占空比对激励器诱导气流速度的影响,并与传统布局激励器进行了对比分析,探讨其在压气机扩稳实验上应用的可能性。结果表明:相对于传统布局等离子体激励器一个放电周期内有一次"强"放电和一次"弱"放电,新型布局等离子体激励器有两次"强"放电;放电频率为15k Hz时,新型布局激励器的诱导气流速度在较低电压下比传统布局激励器小,在较高电压下比传统布局激励器大,最大速度能达到4.7m/s,因此在高电压下能够更好地抑制压气机叶顶泄露流或泄露涡的流动;两种激励器产生的射流都为紊流,随电压增高诱导气流紊流度增大,且新型布局激励器在高电压下紊流度更大,能更好地促进压气机主流与附面层之间的掺混;固定放电电压和放电频率,两种激励器的诱导气流速度均随着占空比增大而线性增大。     

锯齿等离子体气动激励器放电特性与加速效应

为研究新型布局的锯齿等离子体气动激励器的放电特性与加速效应,在常规大气环境下测量了不同激励参数下的频率—放电电压—放电电流—电源电流以及等离子体气动激励器诱导的边界层速度。结果表明:与常规布局等离子气动激励器相比,布局形式改变后谐振频率保持不变,放电电压相差不大,但放电电流变小,消耗的功率变小;诱导速度与激励电压呈近线性关系变化,速度值较常规布局小,其尖端放电诱导的气流对流场的扰动影响有待进一步的研究;实验还发现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。     

大气压等离子体助燃DBD激励器放电特性实验研究

等离子体DBD激励器可以在大气压或高于大气压的条件下产生等离子体。激励器的放电特性作为等离子体密度的决定因素,控制着等离子体助燃的作用及其效果。笔者在大气压条件下对不同电极距离、介质层厚度、激励器电极布局下的等离子体气体放电特性进行了实验研究。实验结果表明:可以通过减小介质层厚度、在合适范围内减小电极间距、优化激励器电极布局来提高电场场强、等离子体助然的效果。     

定常等离子体强化气膜冷却效果的数值研究

为获得等离子体气动激励提高气膜冷却效率的物理机制,基于等离子体唯象模型运用大涡模拟方法开展了等离子体控制平板气膜冷却流动的仿真计算,研究了激励器位置和数目对等离子体提高气膜冷却效率的影响。结果表明:激励器越靠近气膜孔出口,冷却射流在等离子体下拉诱导作用下其中心轨迹越贴近壁面,气膜孔出口气流受到的影响越明显,当激励器布置在x/d=0时射流出口最大流向与法向速度增大了10%和3%左右,而气膜孔前缘附近的法向速度约减小了2%,从而削弱了射流迎风面上冷、热气流的掺混以及降低了肾形涡的强度及其抬升射流的能力,使得中心线气膜冷却效率约提高了40%;同单个激励器相比,当采用2个激励器时冷却射流因再次受激励器的下拉诱导与流向加速作用而更加贴近壁面,其向下游延伸的能力进一步增强,同时促使气膜孔下游的大尺度发卡涡破碎成小尺度近壁条带结构而抑制了冷、热气流的掺混,从而平板中心线和展向平均气膜冷却效率分别提高了17%和40%左右;此外,相同激励强度条件下合理分配激励器数目可有效提高等离子体改善气膜冷却效果的性能。     

填充石英球对DBD等离子体转化NO的影响

放电等离子体辅助选择催化还原两段法脱除NOx是一项很有前景的氮氧化物治理技术.介质阻挡放电(DBD)是一种常见的等离子体产生方法,在DBD等离子体反应器中填入电介质小球可进一步增强放电.本文考察了有无石英填充球的DBD等离子体反应器对NO的转化和能量利用效率的影响,借助ANSOFT软件对DBD等离子体反应器内的电场进行了仿真分析.实验结果表明,在较低的放电电压下,填充石英球的DBD等离子体反应器虽然能耗略有提高,但在NO的转化和能量利用效率上都优于无填充情况,其原因归结为,填充石英球有利于反应器在更低电压下实现局部放电,同时促进反应器内的电场和气流在空间更均匀地分布,增加了反应气流与放电等离子体的接触机会.     

等离子体流动控制技术原理及典型应用

等离子体流动控制激励器由于其具有响应时间短、激励频带宽、器件小、能耗低的技术优势,是流动控制领域最活跃的控制方式之一。等离子体激励器在飞行器的增升减阻、性能增强、力矩控制等方面具有重要的应用前景。文中通过实验和数值模拟方法研究了介质阻挡放电等离子体激励器(DBD)和等离子体合成射流激励器(PSJ)的基本气动特性。AC-DBD激励器主要产生射流扰动,NS-DBD等离子体激励器产生的扰动包括压力波、射流和旋涡结构,PSJ激励器能形成压力波和速度更高的射流扰动。采用AC-DBD激励器可以在低速流动下,推迟平板转捩;采用NS-DBD激励器可以在来流速度为25 m/s时,抑制翼型的流动分离,同时NSDBD在Ma=4.6时,可以控制圆柱脱体激波的激波强度。     

连续放电下涡流效应对脉冲电感线圈温升的影响

脉冲电感线圈可产生脉冲强磁场,可应用于电磁发射、电磁成型、脉冲功率电源等多个领域。线圈通过脉冲大电流,在产生强磁场的同时,由于焦耳热温度会急剧升高,温度过高可能会使线圈发生结构损坏。考虑涡流效应单次放电时电流会集中在导体外表薄层,从而使得局部电阻和温升增高,连续放电时由于线圈存在散热过程,导线温度会重新分布,是否还需要考虑涡流效应对线圈温升的影响,目前没有相关分析。因此,本文针对连续放电下涡流效应对脉冲电感线圈温升的影响,建立了二维电感线圈电磁-热多物理场瞬态耦合传热模型。首先,计算了绝热条件下的导线温升,与理论公式所得导线温升进行对比,验证了仿真所建模型的准确性;然后分析了单次放电时考虑涡流效应与加载均匀电流时电感线圈电流密度以及温升的分布特点,对比了两种加载方式下线圈不同时刻的温升差异;最后对连续放电条件下两种加载方式的线圈温升进行了对比分析,结果表明：1 ms电流峰值时刻考虑涡流效应的线圈存在严重的集肤效应,导线外表面温升最高,20 ms时刻由于温度的累积效应以及导线热传递作用,导线各匝温度分布均匀,与加载均匀电流的导线温升一致;六次放电后,放电间隔分别为6 s与50 s时,考虑...     

对称布局等离子体气动激励器的放电特性与加速效应

等离子体气动激励诱导空气流动特性的测试诊断,是等离子体流动控制的重要基础。为了解等离子体气动激励的电特性,以及激励电压幅值和相位对诱导流动特性的影响,选取对称布局介质阻挡放电激励器进行了实验研究。结果表明：对称布局激励器的放电形式为丝状放电,均匀发生在高压电极周围,与非对称布局激励器的放电图像不同;当激励器相邻高压电极上施加电压的幅值和相位均相同时,诱导的定向射流向上垂直于激励器表面,速度为m/s量级;改变激励器高压电极上施加电压的幅值或相位,可以诱导产生向左上方或右上方的射流,但不能有效增大诱导气流速度。     

射频放电等离子体气动激励特性的实验研究

为了提高等离子体气动激励的强度及流动控制的能力,实验研究了射频放电等离子体的气动激励特性。建立了射频放电等离子体气动激励实验系统,由射频信号发生器、阻抗匹配升压变压器、尖–尖电极等离子体激励器等组成。尖–尖电极等离子体激励器由一组对称的电极和固定装置组成,电极材料采用钨,固定装置材料采用胶木,固定之后电极间距为0.5 mm。在静止空气条件下进行实验,研究了射频放电等离子体的电特性和诱导流动特性。实验结果表明:气压变化时,等离子体激励器的阻抗会发生变化,耦合到等离子体激励器的输入功率也不同;在大气压下,由于射频放电存在快速加热作用,在静止空气中诱导产生了近似圆柱形的冲击波;冲击波首先以音速向外传播,随后强度逐渐减弱,一定时间后衰减为弱扰动;采用射频电源、重频脉冲直流电源、ns脉冲电源,均能在静止空气中诱导产生冲击波,冲击波波速接近音速。由于射频电源的体积、重量更小,实现阻抗匹配之后所需的电源输入功率最低,因此,射频放电是一种非常有前景的气动激励产生方式,在等离子体流动控制方面可能取得较好的效果。     

等离子体气动激励器布局对加速效应影响的实验研究

等离子体气动激励器作为等离子体流动控制的执行元件,其性能优劣对流动控制效果有重要影响。诱导气流速度是表征等离子体流动控制能力、衡量等离子体气动激励器性能的一个重要指标。研究了等离子体气动激励器的电极宽度、厚度、电极组内间距、绝缘材料介电常数和厚度等布局参数对诱导气流速度的影响。实验结果表明:选择介电常数合适、尽可能薄的绝缘材料,宽度较大、尽可能薄的条状电极,电极组内间距为1 mm左右的等离子体气动激励器,可提高等离子体气动激励诱导的气流速度。     

平行磁场对脉冲针–板介质阻挡放电物理化学特性的影响EI北大核心CSCD

为在大气压下产生高强度的介质阻挡放电(dielectric barrier discharge,DBD)等离子体,该文利用永磁铁产生平行于电场方向的磁场,用于增强纳秒脉冲针–板DBD等离子体的物理化学活性,并探究不同脉冲参数下磁场对等离子体特性的影响规律和机制。考察平行磁场辅助脉冲针–板DBD等离子体的动态演化特性,并从电学、光学和臭氧生成特性等方面研究了脉冲电压幅值、上升沿时间和下降沿时间等参数对平行磁场辅助脉冲针–板DBD特性的影响规律。实验结果表明:平行磁场通过磁化电子改变DBD等离子体特性;施加平行磁场后,针–板DBD中空间流光放电及介质表面流光放电强度增强;不同脉冲放电参数下,施加平行磁场对放电强度及臭氧产量均显示出增强效果,在短脉冲上升沿时间条件下平行磁场的增强效果尤为显著。     

气流对沿面型介质阻挡放电特性的影响研究

针对目前国内外对沿面型介质阻挡放电及其应用的研究多集中于体积力和诱导气流的速度上,而对其应用条件下的放电特性研究不足,在空气流速0～20m/s范围内研究了气流对不同激励电压沿面型介质阻挡放电的影响,讨论了气流对放电影响的机制。通过对放电电流和放电电压的测量,分析了气流对最大放电电流、放电功率的影响;通过采集不同来流速度下的放电图像,分析了放电强度、放电均匀性及放电形态。在此基础上综合分析了气流中SDBD的物理规律,结果表明随气流速度的增大,等离子体放电强度减弱,放电变得均匀,最大放电电流和功率都逐渐减小。该研究结果对提高沿面型介质阻挡放电等离子体激励器放电强度及其流动控制能力具有一定的参考作用。     

等离子体气动激励抑制高负荷压气机叶栅流动分离的实验研究

为揭示等离子体气动激励抑制高负荷压气机叶栅流动分离的作用效果和主要影响因素,在不同流场和激励条件下开展了等离子体流动控制的实验研究,介绍介质阻挡放电等离子体的产生原理与放电图像,利用栅后压力分布分析研究叶栅内部流场结构以及等离子体激励的变化规律和主要影响因素。结果表明：等离子体气动激励抑制附面层流动分离的作用效果随气流...     

不同布局等离子体激励器的纳秒脉冲放电特性与流动控制效果

为研究不同布局等离子体激励器的电压-电流特性及对流动控制的影响规律,针对多组纳秒脉冲等离子体放电,设计了3种不同布局形式的等离子体激励器,对其放电特性以及流动分离控制能力进行了实验研究,并对其激励特性进行了唯象学仿真分析。结果表明:不同布局形式的等离子体激励器均产生了两组放电的效果,在相同激励电压下,其电流峰值基本相同,同单组激励相比,电流峰值约为其两倍;对流动控制的结果表明,纳秒脉冲等离子体激励能够有效增升减阻,不同布局形式的等离子体激励器对流动分离控制效果有很大影响,升力系数最大提高25.2%,而最小只有6.8%;仿真结果表明,纳秒脉冲等离子体激励能够产生冲击波,并且诱导出复杂的涡结构,不同布局激励器诱导的冲击波的传播速度和强度基本相同,但其诱导的涡的运动和涡量的大小不同,从而对流场产生了不同的扰动,造成了不同的流动控制效果。     

一种可起到值班火焰作用的介质阻挡放电装置

为了增强燃烧的稳定性,提出了利用介质阻挡放电等离子体装置来实现值班火焰的思路。通过布置在燃烧器出口扩张段上的等离子体激励器产生等离子体,并在燃烧过程中一直保持等离子体激励器处于工作状态,这样产生的等离子体可以起到类似值班火焰的作用——稳定燃烧、防止熄火。该装置具有结构简单紧凑、功耗低、激励参数可以在线调节且不影响燃烧器结构设计等优点。基于实验研究考察了该装置对旋流扩散燃烧中不稳定抬升火焰的作用效果。火焰结构的观测通过平面激光诱导荧光测试系统来实现。实验中观测到随等离子体激励功率增大,火焰高度逐步降低向喷嘴出口位置靠近,且反应更趋紧凑,这初步验证了该装置可以稳定燃烧、防止熄火,表明通过介质阻挡放电等离子体装置来实现值班火焰的设计思路可行。     

激励器位置影响环量控制翼型气动特性的实验研究

为了揭示介质阻挡放电等离子体环量控制翼型增升的作用机理,提高对翼型升力的控制效果,重点研究了激励器位置这一关键参数对翼型气动特性的影响规律。基于构建的风洞实验系统,在椭圆翼型NCCR1510~(–7)067N后缘附近施加毫秒脉冲等离子体气动激励,激励器布置于上、下翼面不同位置,实验来流速度6～35m/s,来流迎角–4～12°,利用压力扫描阀获得翼型表面压力分布,积分获得升力特性,通过烟流实验呈现尾部流场特性。实验结果显示:1)激励器靠近上、下翼面分离涡时增升效果更好,其中激励器位于下翼面98.3%弦长位置,2°迎角时环量控制效费比可达108.7。2)上、下翼面激励增加翼型升力的作用机理不同,上翼面激励射流带动外流产生Coanda效应,延迟了附面层分离;下翼面射流与来流反向,起到减速增压的作用,同时诱导出与尾缘下侧分离涡同向的逆时针旋涡,两者相互耦合使得流线下偏,起到虚拟襟翼作用。3)上下翼面同时开启激励,串联射流产生更显著的Coanda效应,有效来流速度提高到35 m/s,对翼型环量和升力控制效果明显增强。研究结果为等离子体环量控制选取关键参数,提高控制效果以及进一步的工程应用提供了一定的理论基础。     

空气放电等离子体助燃激励器的动力学机理

为了研究空气放电等离子体助燃激励器介质阻挡放电(DBD)的动力学机理从而完善等离子体助燃理论,通过对能量传递方程、组分粒子浓度方程以及Boatman方程进行耦合,建立了等离子体动力学模型,利用动力学模型对不同放电时间、放电频率条件下氮系粒子浓度和氧系粒子浓度的变化规律进行了研究。结果表明:在等离子体的演化过程中,由于不同活性粒子产生与消亡的机理不同,所以不同活性粒子的粒子浓度在放电过程中随放电时间与放电频率的发展而呈现出不同的变化趋势;对于衰减迅速的粒子,放电时间与放电频率的增大对粒子浓度几乎无影响,而对于N、O3等衰减较慢的粒子,其粒子浓度最大值会随放电时间与放电频率的增加而增大。     

中频正弦电压下大气压氦等离子体射流的产生机理

为了探讨He大气压等离子体射流(APPJ)的产生机理,采用增强型电荷耦合元件(ICCD)分别拍摄HeAPPJ的纵截面和横截面图像发现,He在17kHz中频正弦外施电压下正负半周的APPJ图像不对称,在正半周电压下,He APPJ以空间流光的形式向石英管口传输,至石英管外转换为沿He/Air界面传输的沿面放电;而在负半周电压下,He APPJ传播较正半周下短,为一种典型的存在于He气流中的电晕放电现象。研究APPJ长度与管内介质阻挡放电(DBD)放电模式的关系发现,随着外施电压的升高,DBD放电将依次呈现出"倍周期"、"混沌"、"流光-辉光过渡"、"非对称辉光"、"对称辉光"和"辉光+丝状"等6种模式,各个模式的放电电流波形具有不同的特征,等离子体羽流长度并不是单纯地随着外施电压增大而增长的量,而是放电所产生的He激发态粒子浓度与放电对气流的扰动两方面共同作用的结果。     

低风速下射频等离子体的辉光放电特性

为研究射频等离子体辉光放电特性与风速、气压之间的关系,以等离子体风速传感器为研究背景,建立了射频等离子体辉光放电实验系统,研究了激励器在不同放电间距(0.05 mm和0.08 mm)、不同来流速度(0~45 m/s)、不同电源输出功率(10 W和20 W)和不同气压(50~100 k Pa)下的放电特性。结果表明:电极间距越小,射频等离子体辉光放电稳定性越高;在固定的电源输出功率和工作频率下,发现了激励器负载电压与来流速度关系的3个阶段:电极过热阶段、线性阶段和放电不稳定阶段;在不同的电源输出功率下,对应不同的风速范围,激励器负载电压与风速具有良好的线性关系;在亚音速气流对应的静压(总压为大气压)范围内,射频等离子体辉光放电对气压变化不敏感。     

介质阻挡放电的放电过程仿真研究

为深入地理解介质阻挡放电(DBD)的放电机理和实现DBD等离子体的大规模工业应用,采用基于连续性方程和泊松方程的DBD模型仿真研究了大气压空气中DBD的放电过程,计算得到放电空间的电子密度、电场强度和电压电流随时间变化的规律,讨论了阻挡介质在DBD放电不同阶段的作用。仿真结果表明,DBD的微放电过程可分为电子崩、流注和放电熄灭3个连续的阶段。在电子崩和流注阶段间,阻挡介质主要起到加速流注形成的作用;而在放电熄灭阶段,阻挡介质主要起到限制放电电流的自由增长,从而阻止放电发展到电弧的作用。