Влияние внешнего потока на характеристики поверхностного барьерного разряда

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Проведено исследование влияния вынужденной конвекции газа в разрядной области на рассеиваемую в поверхностном барьерном разряде мощность и динамику зарядки поверхности барьера ионным током. Продемонстрировано, что вследствие конвективного охлаждения разрядной области наблюдается снижение рассеиваемой в разряде мощности, которое может достигать 50% от значений в неподвижном воздухе. Показано, что вследствие переноса облака ионов потоком происходит зарядка дальних областей поверхности барьера конвективным ионным током, что приводит к изменению распределения плотности среднего заряда поверхности.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

И. В. Селивонин

Объединенный институт высоких температур РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: inock691@ya.ru
Россия, Москва

И. А. Моралев

Объединенный институт высоких температур РАН

Email: inock691@ya.ru
Россия, Москва

Список литературы

  1. Corke T.C., Jumper E.J., Post M.L., Orlov D., McLaughlin T.E. Application of Weakly-ionized Plasmas as Wing Flow-control Devices // 40th AIAA Aerosp. Sci. Meet. Exhib. 2002. P. 0350.
  2. Moreau E. Airflow Control by Non-thermal Plasma Actuators // J. Phys. D. Appl. Phys. 2007. V. 40. № 3. P. 605.
  3. Kriegseis J., Simon B., Grundmann S. Towards In-flight Applications? A Review on Dielectric Barrier Discharge-based Boundary-layer Control // Appl. Mech. Rev. 2016. V. 68. № 2. P. 020802.
  4. Starikovskiy A., Aleksandrov N. Plasma-assisted Ignition and Combustion // Prog. Energy Combust. Sci. 2013. V. 39. № 1. P. 61.
  5. Starikovskaia S.M. Plasma Assisted Ignition and Combustion // J. Phys. D. Appl. Phys. 2006. V. 39. № 16. P. 265.
  6. Gherardi N., Gouda G., Gat E., Ricard A., Massines F. Transition from Glow Silent Discharge to Micro-discharges in Nitrogen Gas // Plasma Sources Sci. Technol. 2000. V. 9. № 3. P. 340.
  7. Massines F., Rabehi A., Decomps P., Gadri R.B., Ségur P., Mayoux C. Experimental and Theoretical Study of a Glow Discharge at Atmospheric Pressure Controlled by Dielectric Barrier // J. Appl. Phys. 1998. V. 83. № 6. P. 2950.
  8. Маланичев В.Е., Малашин М.В., Хомич В.Ю. Конверсия природного газа импульсным барьерным разрядом при атмосферном давлении // ТВТ. 2020. Т. 58. № 1. С. 25.
  9. Yagi S., Tanaka M. Mechanism of Ozone Generation in Air-fed Ozonisers // J. Phys. D. Appl. Phys. 1979. V. 12. № 9. P. 1509.
  10. Eliasson B., Hirth M., Kogelschatz U. Ozone Synthesis from Oxygen in Dielectric Barrier Discharges // J. Phys. D. Appl. Phys. 1987. V. 20. № 11. P. 1421.
  11. Brandenburg R. Dielectric Barrier Discharges: Progress on Plasma Sources and on the Understanding of Regimes and Single Filaments // Plasma Sources Sci. Technol. 2017. V. 26. № 5. P. 053001.
  12. Kogelschatz U., Eliasson B., Egli W. Dielectric-barrier Discharges. Principle and Applications // J. Phys. IV Fr. 1997. V. 7. P. C4–47.
  13. Кривов С.А., Ларин В.С., Соколова М.В., Черненский Л.Л., Егорова М.А. О распределении электрического поля у края электрода при поверхностном разряде // ПЖТФ. 2010. Т. 36. № 3. С. 68.
  14. Höft H., Becker M.M., Kettlitz M. Impact of Gas Flow Rate on Breakdown of Filamentary Dielectric Barrier Discharges // Phys. Plasmas. 2016. V. 23. № 3. P. 033504.
  15. Pereira R., Ragni D., Kotsonis M. Effect of External Flow Velocity on Momentum Transfer of Dielectric Barrier Discharge Plasma Actuators // J. Appl. Phys. 2014. V. 116. № 10. P. 103301.
  16. Поливанов П.А., Вишняков О.И., Кисловский В.А., Сидоренко А.А. Исследование влияния скорости набегающего потока на течение, индуцируемое диэлектрическим барьерным разрядом // ЖЭТФ. 2023. Т. 163. № 5. С. 717.
  17. Rodrigues F.F., Pascoa J.C., Trancossi M. Experimental Analysis of Dielectric Barrier Discharge Plasma Actuators Thermal Characteristics under External Flow Influence // J. Heat Transfer. 2018. V. 140. № 10. P. 1.
  18. Kriegseis J., Grundmann S., Tropea C. Airflow Influence on the Discharge Performance of Dielectric Barrier Discharge Plasma Actuators // Phys. Plasmas. 2012. V. 19. № 7. P. 073509.
  19. Kriegseis J., Grundmann S., Tropea C. Power Consumption, Discharge Capacitance and Light Emission as Measures for Thrust Production of Dielectric Barrier Discharge Plasma Actuators // J. Phys. D. Appl. Phys. 2011. V. 110. P. 013305.
  20. Kriegseis J., Möller B., Grundmann S., Tropea C. Capacitance and Power Consumption Quantification of Dielectric Barrier Discharge (DBD) Plasma Actuators // J. Electrostat. 2011. V. 69. № 4. P. 302.
  21. Manley T.C. The Electric Characteristics of the Ozonator Discharge // J. Electrochem. Soc. 1943. V. 84. P. 83.
  22. Pipa A.V., Koskulics J., Brandenburg R., Hoder T. The Simplest Equivalent Circuit of a Pulsed Dielectric Barrier Discharge and the Determination of the Gas Gap Charge Transfer // Rev. Sci. Instrum. 2012. V. 83. № 11. P. 115112.
  23. Пашин М.М., Лысов Н.Ю. Измерение энергозатрат в озонаторах с объемным барьерным разрядом // Электричество. 2011. № 12. С. 21.
  24. Orlov D.M., Font G.I., Edelstein D. Characterization of Discharge Modes of Plasma Actuators // AIAA J. 2008. V. 46. № 12. P. 3142.
  25. Orlov D.M. Modelling and Simulation of Single Dielectric Barrier Discharge Plasma Actuators. Dis. ... by Graduate Program in Aerospace and Mechanical Engineering. Notre Dame, Indiana, 2006. 205 p.
  26. Selivonin I., Lazukin A., Moralev I., Krivov S., Roslyakov I. Erosion of the Sputtered Electrodes in the Surface Barrier Discharge // J. Phys. Conf. Ser. 2019. V. 1394. P. 012027.
  27. Селивонин И.В. Влияние деградации коронирующего электрода на характеристики поверхностного барьерного разряда. Дис. …канд. физ.-мат. наук. М.: ОИВТ РАН, 2022. 162 с.
  28. Selivonin I.V., Lazukin A.V., Moralev I.A., Krivov S.A. Effect of Electrode Degradation on the Electrical Characteristics of Surface Dielectric Barrier Discharge // Plasma Sources Sci. Technol. 2018. V. 27. № 8. P. 085003.
  29. Akishev Y., Aponin G., Balakirev A. et al. Stepwise Expansion of a Surface Dielectric Barrier Discharge as a Result of Alternation in Formation of Streamers and Leaders // J. Phys. D. Appl. Phys. 2013. V. 46. P. 135204.
  30. Moralev I., Sherbakova V., Selivonin I., Bityurin V., Ustinov M. Effect of the Discharge Constriction in DBD Plasma Actuator on the Laminar Boundary Layer // Int. J. Heat Mass Transfer. 2018. V. 116. P. 1326.
  31. Cristofolini A., Borghi C., Neretti G. Charge Distribution on the Surface of a Dielectric Barrier Discharge Actuator for the Fluid-dynamic Control // J. Appl. Phys. 2013. V. 113. № 14. P. 143307.
  32. Cristofolini A., Neretti G., Borghi C. Effect of the Charge Surface Distribution on the Flow Field Induced by a Dielectric Barrier Discharge Actuator // J. Appl. Phys. 2013. V. 114. № 7. P. 073303.
  33. Gibalov V.I., Pietsch G.J. The Development of Dielectric Barrier Discharges in Gas Gaps and on Surfaces // J. Phys. D. Appl. Phys. 2000. V. 33. № 20. P. 2618.
  34. Selivonin I.V., Moralev I.A. Microdischarges Properties in SDBD: the Role of the Exposed Electrode Oxidation // Plasma Sources Sci. Technol. 2021. V. 30. № 3. P. 035005.
  35. Соколова М.В., Кривов С.А., Скуратов М.В. Поверхностный разряд при повышенных температурах воздуха // ПЖТФ. 2010. Т. 36. № 11. С. 24.
  36. Райзер Ю.П. Физика газового разряда. М.: Интеллект, 2009. 736 с.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Схема разрядной ячейки: 1 – коронирующий электрод, 2 – поверхностный барьерный разряд, 3 – диэлектрический барьер, 4 – подстилающий секционированный электрод, 5 – силиконовый компаунд, 6 – коммутатор, 7 – измерительные емкости.

Скачать (62KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Осциллограммы приложенного напряжения (а) и переносимого в барьерном разряде заряда (б) при питании разряда в режиме радиоимпульсов: 1 – огибающие осциллограмм, показывающие амплитудные значения величин; 2 – среднее значение перенесенного заряда за период питающего напряжения.

Скачать (208KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Профили скорости потока в пограничном слое в точке установки электродов: 1 – 20 м/с, 2 – 40, 3 – 60.

Скачать (93KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Осциллограммы приложенного напряжения – 1 и перенесенного заряда – 2 (а) и вольт-кулонная характеристика разряда (б): заштрихованная область – энерговклад в разряд за период приложенного напряжения.

Скачать (250KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Зависимость рассеиваемой в разряде мощности от амплитуды Ua приложенного напряжения при различных скоростях потока (1 – 0 м/с, 2 – 20, 3 – 40, 4 – 60) и ориентациях разряда в нем: (а) – по течению, (б) – против течения, (в) – поперек течения.

Скачать (143KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Динамика среднего по периоду заряда Qav поверхности барьера при различных скоростях потока (1 – 0 м/с, 2 – 20, 3 – 40, 4 – 60) и ориентациях разряда в нем: (а) – по течению, (б) – против течения, (в) – поперек течения; момент t = 0 мс соответствует включению разряда; амплитуда питающего напряжения – 5 кВ.

Скачать (130KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Распределение заряда, индуцированного на поверхности диэлектрика, в различные моменты времени после инициации разряда (1 – 50 мкс, 2 – 100, 3 – 150, 4 – 250, 5 – 30 мс) при амплитуде приложенного напряжения 5 кВ в неподвижном воздухе (а); (б) – изображение разряда при этих параметрах, полученное с экспозицией 30 мс.

Скачать (117KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Распределение заряда, индуцированного на поверхности диэлектрика, в различные моменты времени (1 – 50 мкс, 2 – 10 мс, 3 – 15, 4 – 25, 5 – 30) при скорости набегающего потока 60 м/с (а) и при различных скоростях потока (1 – 0 м/с, 2 – 20, 3 – 40, 4 – 60) в момент времени 30 мс после зажигания разряда (б): разряд ориентирован вниз по потоку, амплитуда приложенного напряжения – 5 кВ.

Скачать (149KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Динамика осредненного по периоду приложенного напряжения заряда поверхности барьера и ток зарядки при скорости потока 60 м/с: разряд ориентирован по потоку, амплитуда приложенного напряжения – 5 кВ; начало отчета – момент включения разряда; 1 – заряд, 2 – ионный ток (dq/dt), 3 – ионный ток (сглажено).

Скачать (124KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024