مقایسۀ عملگرهای پلاسمای تکی و جت ترکیبی خطی برای کنترل جریان اطراف استوانه

نوع مقاله : مقاله کوتاه

نویسندگان

بیرجند

چکیده

در تحقیق حاضر شبیه‌سازی عددی جریان دوبعدی حول یک استوانۀ مدور و تأثیر استفاده از انواع عملگرهای پلاسما جهت کنترل جریان اطراف آن مورد بررسی قرار گرفته است. عملگرهای مورد استفاده، شامل عملگر پلاسمای تکی‌ و عملگر جت ترکیبی پلاسمای خطی می­باشند. به‌منظور شبیه‌سازی عددی این عملگرها، از مدل خطی‌شدۀ نیرو استفاده گردیده است. در کار حاضر، دو موضوع دقت مدل در تحلیل رفتار عملگرهای پلاسما و تأثیر محل قرارگیری این عملگرها بر نقطۀ جدایش و حذف گردابه‌ها مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج این بررسی نشان می‌دهد که شبیه‌سازی عملگرها با استفاده از مدل خطی‌شدۀ نیرو (در عین سادگی) در جدایش جریان به‌لحاظ کیفی به‌صورت موفق عمل می­کند. استفاده از عملگرهای پلاسما‌ی تکی در زوایای 45± و 90± درجه بهترین وضعیت قرارگیری عملگرها می‌باشد. در صورتی که توان مصرفی کمتر عملگرها (به‌علت تعداد کمتر) و درعین‌حال، بیشترین تأثیر روی جریان مد نظر باشد، محل قرارگیری عملگرها در زوایای 90± درجه توصیه می‌شود. استفاده از عملگر جت ترکیبی پلاسمای خطی در زوایای 45± در این مسئلۀ به‌خصوص، به‌دلیل تأثیر کمتر روی جریان و همچنین توان مصرفی بالاتر، توصیه نمی‌شود.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Comparison of Single and L-PSJ DBD Plasma Actuators for Flow Control around a Cylinder

نویسندگان [English]

  • Alireza Gerami
  • Majid Malek Jafarian
University of Birjand
چکیده [English]

In the present study, 2D numerical simulation of flow around a circular cylinder and the effect of plasma actuators to control the flow around it have been investigated. Plasma actuators which have been used include single plasma actuator and Linear Plasma Synthetic Jet Actuator (L-PSJA). In order to numerically simulate the actuators, the linearized force model has been used. In the present work, accuracy of the linearized force model to analysis the plasma actuators behavior and the effect of their position on the point of separation and elimination of the vortices have been investigated. The results show that the simulation of actuators operates qualitatively successful in flow separation using linearized force model (despite of its simplicity). Using of single plasma actuators at angle of ±45 and ±90 degree is the best position of the plasma actuators. The position of the actuators at angel of ±90 degree is recommended, if the lower power consumption of the plasma and at the same time the most influence on the flow is to be considered. Using L-PSJ actuators at angel of ±45 degree is not recommended, due to low influence on the flow and higher power consumption.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Flow Control
  • Plasma actuators
  • L-PSJ actuators
  • Linearized force model
  • Circular Cylinder
1. Siemens, W., "Annual Review of Physical Chemistry", 102, 66, (1857).
2. West, T.K. and Hosder, S., "Numerical investigation of plasma actuator configurations for flow separation control at multiple angles of attack", International Journal of Flow Control, Vol. 5,
pp. 25-46, (2013).
3. Orlov, D.M., "Modelling and simulation of single dielectric barrier discharge plasma actuators", PhD dissertation, University of Notre Dame, (2006).
4. Santhanakrishnan, A. and Jacob, J.D., "On plasma synthetic jet actuators", 44th AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, No. 0317, Reno, N.V., (Jan. 9-12, 2006).
5. Santhanakrishnan, A., Jacob, J.D. and Suzen, Y.B., "Flow control using plasma actuators and linear/annular plasma synthetic jet actuators", 3rd AIAA Flow Control Conference, No. 3033, San Francisco, (Jun. 5-6, 2006).
6. Santhanakrishnan, A., Reasor, D. and LeBeau, R., "Unstructured numerical simulation of experimental linear plasma actuator synthetic jet flows", AIAA Paper, No. 541, Reno, N.V., (Jan.
7-10, 2008).
7. سلماسی، عاطفه، شادآرام، عبدالله، میرزایی، مسعود، شمس طالقانی، آرش "بررسی عددی و تجربی اثر یک عملگر پلاسمایی بر کارایی ایرفویل NLF0414 در زوایای حمله پس از واماندگی،" مهندسی مکانیک مدرس، دورۀ 12، ص‌ص 116-104، (1391).
8. Shyy, W., Jayaraman, B. and Andersson, A., "Modeling of glow discharge-induced fluid dynamics", Journal of Applied Physics, Vol. 92, No. 11, pp. 6434-6443, (2002).
9. Suzen, Y., Huang, P., Jacob, J. and Ashpis, D., "Numerical simulations of plasma based flow control applications", AIAA paper, 35th Fluid Dynamics Conference and Exhibit, No. 4633, Toronto, Ontario, (June 6-9, 2005).
10. Orlov, D., Corke, T. and Patel, M., "Electric Circuit Model for Aerodynamic Plasma Actuator ", 44th AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, No. 1206, Reno, Nevada, (9 - 12 January 2006).
11. Abdollahzadeh, M., Pascoa, J. and Oliveira, P., "Numerical modelling of boundary layer control using dielectric barrier discharge", MEFTE IV National Conference on Fluid Mechanics, Thermodynamics and Energy, Lisbon, LNEC, (May 28 -29, 2012).
12. Khoshkhoo, R. and Jahangirian, A., "Flow separation control over airfoils using DBD plasma body force", Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering, pp. 1-13, (2014).
13. Zhang, P.F., Liu, A.B. and Wang, J.J., "Aerodynamic Modification of NACA 0012 Airfoil by Trailing-Edge Plasma Gurney Flap", AIAA Journal, Vol. 47, pp. 2467-2474, (2009).
14. MahboubiDoust, A., Ramiar, A. and Dardel, M., "Numerical investigation of plasma actuated and non-actuated Gurney flaps on aerodynamic characteristics of a plunging airfoil", Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part G: Journal of Aerospace Engineering, Vol. 230, pp.
1423-1437, (2016).
15. میرزایی، سعید و پسندیده فرد، محمود، "شبیه سازی عددی چند ساختار از عملگرهای پلاسما و ارزیابی عملکرد آن ها بر روی ایرفویل های NACA 0012 و NACA 0015 "، نشریه مهندسی هوانوردی، دوره 16 شماره 1، ص‌ص 94-75، (1393).
16. Lemire, S.B. and Vo, H.D., "Reduction of Fan and Compressor Wake Defect Using Plasma Actuation for Tonal Noise Reduction", Journal of Turbomachinery, Vol. 133, No. 011017, (2011).
17. ابراهیمی فردویی، اسماعیل، مراد، محمد رضا و پاینده، محمد، "مدل‌سازی عددی اثر عملگر پلاسما بر میدان دما و سرعت احتراق آشفته متان و هوا"، دومین همایش ملی انتقال حرارت و جرم ایران، (1393).
18. Greenblatt, D., Schulman, M. and Ben-Harav, A., "Vertical axis wind turbine performance enhancement using plasma actuators", Renewable Energy, Vol. 37, pp. 345-354, (2012).
19. ابراهیمی، عباس، موحدی، محمد رضا، "اثر عملگر کنترل جریان پلاسما در بهبود عملکرد آیرودینایکی روتور توربین باد مگاواتی"، دورۀ 16، شماره 12، ص‌ص 517-509، (1395).
20. Thomas, F.O., Kozlov, A. and Corke, T.C., "Plasma actuators for cylinder flow control and noise reduction", AIAA Journal, Vol. 46, pp. 1921-1931, (2008).
21. Sosa, R., D'Adamo, J. and Artana, G., "Circular cylinder drag reduction by three-electrode plasma actuators", Journal of Physics, Vol. 166, No. 012015, (2009).
22. Tabatabaeian, S., Mirzaei, M., Sadighzadeh, A., Damideh, V. and Shadaram, A., "Experimental investigation of the effects of various plasma actuator configurations on lift and drag coefficients of a circular cylinder including the effects of electrodes", Chinese Journal of Aeronautics, Vol. 25, pp. 311-324, (2012).
23. Kopiev, V.F., Belyaev, I.V., Zaytsev, M.Yu., Kazansky, P.N., Kopiev, V.A. and Moralev, I.A., "Noise control of a flow around a cylinder using high-frequency dielectric barrier discharge plasma actuators", Acoustical Physics, Vol. 61, pp. 178-180, (2015).
24. Kim, D. and Wang, M., "Large-eddy simulation of flow over a circular cylinder with plasma-based control", 47th AIAA Aerospace Sciences Meeting Including The New Horizons Forum and Aerospace Exposition, No. 1080, Orlando, Florida, (5 - 8 January 2009).
25. Skote, M., Ibrahim, I.H. and Lewis, R., "Utilizing the L-PSJA for controlling cylindrical wake flow", International Journal of Numerical Methods for Heat & Fluid Flow, Vol. 26, No. 5, (2016).