معرفی یک مدل‌ پدیدارشناختی اصلاح شده برای عمل‌گرهای تکی و جت ترکیبی پلاسمای حلقوی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

• مجید ملک جعفریان
• محمد شیبانی
• محمد مهدی عبداله زاده

گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه بیرجند، بیرجند.

10.22067/jacsm.2023.80523.1155

چکیده

در این پژوهش، یک مدل پدیدارشناختی اصلاح‌شده از طریق ادغام مدل سوزن-هوانگ و مدل رانش یون و هان برای دو نوع عمل‌گر پلاسمای تکی و عمل‌گر جت ترکیبی پلاسما حلقوی، در هندسه‌ها‌ی مختلف و شرایط کاری و محیطی متفاوت ارائه شده است. مدل معرفی شده در کار حاضر، بر اساس رانش تولید شده ناشی از پلاسما پایه‌ریزی گردیده است. با این تعمیم و اصلاح، این مدل نقاط ضعف مدل سوزن-هوانگ استاندارد (عدم تخمین درست از رابطه‌ی غیرخطی بین ولتاژ اعمالی و مقدار رانش ناشی از پلاسما و عدم تاثیر مولفه‌هایی هم‌چون ضخامت و ثابت دی‌الکتریک، ضخامت الکترود آشکار و فرکانس جریان متناوب) را نخواهد داشت. اعمال این مدل بر روی یک عمل‌گر پلاسمای تکی نشان از دقت و صحت این مدل دارد. هم‌چنین با تعمیم مدل حاضر برای عمل‌گرهای جت ترکیبی پلاسمای حلقوی، وابستگی چگالی بار بیشینه و نیروی حجمی به قطر عمل‌گر در مدل لحاظ شد. اعتبارسنجی مدل حاضر برای عمل‌گر جت ترکیبی پلاسمای حلقوی، نشان می‌دهد که مدل قادر است به خوبی خود را با تغییر قطر عمل‌گر، شرایط کاری، هندسی و جنس مواد عمل‌گر تطبیق داده و برآورد خوبی از نتایج به عمل آورد.

کلیدواژه‌ها

• عمل‌گر جت ترکیبی پلاسمای حلقوی
• تخلیه‌ی مقاوم دی‌الکتریک
• رانش
• شبیه‌سازی عددی

موضوعات

• آئرودینامیک

---

عنوان مقاله [English]

Introduction of a Modified Phenomenological Model for Single and Annular Plasma Synthetic Jet Actuators

نویسندگان [English]

• Majid Malek Jafarian
• Mohammad Sheibani
• Mohammad Mahdi Abdollahzadeh

Mechanical Engineering Department, Birjand University, Birjand, Iran.

چکیده [English]

In this study, a modified phenomenological model has been proposed by merging the Suzen-Huang model and the Yoon-Han thrust model for two types of single plasma actuators and plasma synthetic jet actuators, in different geometries and different working and environmental conditions. The model introduced in the present work is based on the thrust induced by plasma. With this generalization and modification, this model overcomes the drawbacks of the standard Suzen-Huang model (lack of correct estimation of the nonlinear relationship between the applied voltage and the amount of thrust induced by the plasma and not considering the influence of parameters such as the thickness of dielectric and dielectric constant, the thickness of the exposed electrode, and the alternating current frequency). Applying this model on a single plasma actuator shows the accuracy and correctness of this model. Also, by generalizing the present model for the annular plasma synthetic jet actuators, the dependence of the maximum charge density and body force on the diameter of the actuator was included in the model. Validation of the present model for the annular plasma synthetic jet actuator shows that the model is able to adapt itself well to changing the diameter of the actuator, working conditions, geometry and materials of the actuator and make a good estimate of the results.

کلیدواژه‌ها [English]

• Annular Plasma Synthetic Jet Actuator
• Dielectric Barrier Discharge
• Thrust
• Numerical Simulation

مراجع

 

[1]    T. C. Corke, C. L. Enloe and S. P. Wilkinson, “ Dielectric Barrier Discharge Plasma Actuators for Flow Control ,” Annual Review of Fluid Mechanics, vol. 42, pp. 505–529, (2009).

 [2]   F. O. Thomas, A. Kozlov and T. C. Corke , “ Plasma actuators for cylinder flow control and noise reduction ,” AIAA Journal, vol. 46, no. 8, pp. 1921–1931, (2008).

 [3]   S. Walker  and  T.  Segawa , “ Mitigation of flow separation using DBD plasma actuators on airfoils: A tool for more efficient wind turbine operation ,” Renew Energy, vol. Complete, no. 42, pp. 105–110, (2012).

[4]    S. Grundmann   and  C.   Tropea , “ Delay of boundary-layer transition using plasma actuators ,” 46th AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, (2008).

[5]    S. Yarusevych   and   M.   Kotsonis , “ Effect of local DBD plasma actuation on transition in a laminar separation bubble ,”  Flow, Turbulence and Combustion 2016 98:1, vol. 98, no. 1, pp. 195–216, (2016).

[6]    Moreau and Eric , “ Airflow control by non-thermal plasma actuators ,”  Journal of Physics D: Applied Physics, vol. 40, no. 3, pp. 605–636, (2007).

[7]    D. M. Orlov, T. Apker, C. He, H. Othman and T. C. Corke , “ Modeling and experiment of leading edge separation control using SDBD plasma actuators ,”  Collection of Technical Papers - 45th AIAA Aerospace Sciences Meeting, vol. 15, pp. 10651–10668, (2007).

[8]    T. C. Corke,  M. L.    Post  and   D. M.  Orlov , “ Single dielectric barrier discharge plasma enhanced aerodynamics: physics, modeling and applications”, Experiments in Fluids, vol. 1, no. 46, pp. 1–26, (2009).

[9]    A. Santhanakrishnan and  J. D. Jacob , “ On plasma synthetic jet actuators ,” Collection of Technical Papers - 44^th AIAA Aerospace Sciences Meeting, vol. 6, pp. 3785–3803, (2006).

[10] A. Santhanakrishnan, J. D. Jacob and Y. B. Suzen , “ Flow control using plasma actuators and linear/annular plasma synthetic jet actuators ,” Collection of Technical Papers - 3^rd AIAA Flow Control Conference, vol. 2, pp. 685–715, (2006).

[11] A.  Santhanakrishnan   and  J. D. Jacob , “ Flow control with plasma synthetic jet actuators ,” Journal of Physics D: Applied Physics, vol. 40, no. 3, pp. 637–651, (2007).

 [12] A. Santhanakrishnan,  D. A. Reasor and R. P. Lebeau , “ Unstructured numerical simulation of experimental linear plasma actuator synthetic jet flows ,” 46^th AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, (2008).

[13] A. Santhanakrishnan, D. A.    Reasor  and   R. P.   LeBeau , “ Characterization of linear plasma synthetic jet actuators in an initially quiescent medium ,” Physics of Fluids, vol. 21, no. 4, p. 043602, (2009).

[14] A. B. Liu,  P. F. Zhang,  B. Yan, C. F. Dai and J. J. Wang , “ Flow characteristics of synthetic jet induced by plasma actuator ,”  AIAA Journal, vol. 49, no. 3, pp. 544–553, (2012).

 [15] G. Neretti,  P.    Seri, M.    Taglioli,   A.   Shaw,  F.   Iza   and  C. A.   Borghi , “ Geometry optimization of linear and annular plasma synthetic jet actuators ,” Journal of Physics D: Applied Physics, vol. 50, no. 1, p. 015210, (2017).

[16] H. Borradaile,  K.    Kourtzanidis,   F.    Rogier,  K. S.    Choi   and  X. Mao , “ Flow reversal in millimetric annular DBD plasma actuator ,” Journal of Physics D: Applied Physics, vol. 54, no. 34, (2021).

[17] R. A. Humble,   S. A.  Craig,  J.    Vadyak,  P. D.   McClure,  J. W.     Hofferth   and  W. S.  Saric , “ Spatiotemporal structure of a millimetric annular dielectric barrier discharge plasma actuator ,” Physics of Fluids, vol. 25, no. 1, p. 017103, (2013).

[18] Y. B. Suzen, P. G. Huang, J. D. Jacob and D. E.  Ashpis , “ Numerical simulations of plasma based flow control applications ,” 35th AIAA Fluid Dynamics Conference and Exhibit, (2005).

[19] J.S.  Yoon  and   J.H.   Han , “ Semiempirical thrust model of dielectric barrier Plasma actuator for flow control ,” Journal of Aerospace Engineering, vol. 28, no. 1, p. 04014041, (2013).

[20] J.S.  Yoon  and  J.H. Han , “ One-equation modeling and validation of dielectric barrier discharge plasma actuator thrust ,” Journal of Physics D: Applied Physics, vol. 47, no. 40, p. 405202, (2014).

[21] B. Jayaraman  and  W.   Shyy , “ Modeling of dielectric barrier discharge-induced fluid dynamics and heat transfer ,” Progress in Aerospace Sciences, vol. 44, no. 3, pp. 139–191, (2008).

[22] A. Bouchmal , “ Modeling of dielectric barrier discharge actuator: implementation, validation and generalization of an electrostatic model ,”  Delft University of Technology, (2011).

[23] M. Abdollahzadeh,  J. C. Páscoa and P. J. Oliveira, “Modified split-potential model for modeling the effect of DBD plasma actuators in high altitude flow control ,” Current Applied Physics, vol. 14, no. 8, pp. 1160–1170, (2014).

[24] Y. B. Suzen,  P. G. Huang  and  D. E.  Ashpis , “ Numerical simulations of flow separation control in low-pressure turbines using plasma actuators ,” Collection of Technical Papers - 45^th AIAA Aerospace Sciences Meeting, vol. 16, pp. 11358–11365, (2007).

[25] R. Durscher and S. Roy, “ Evaluation of thrust measurement techniques for dielectric barrier discharge actuators ,” Experiments in Fluids, vol. 53, no. 4, pp. 1165–1176, (2012).