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。     

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。     

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。     

平面线圈电磁耦合的沿面DBD气体放电加速诱导气流的实验研究

为了提高典型沿面DBD平板激励器诱导气流速度,通过实验研究了典型DBD平板激励器表面的磁场分布,提出了在DBD平板激励器的上、下电极之间夹进平面线圈,运用电磁耦合原理增强等离子体激励器放电效果,从而加速DBD等离子体诱导气流的方法。探究了不同结构参数的电感线圈产生的电磁耦合作用对大气压下平板式DBD等离子体激励器放电加强的效果,以及夹进平面线圈后加载电源的电压和频率对DBD放电的影响,并利用粒子图像测速技术测量了电磁耦合作用下典型DBD等离子体诱导气流流场,考察了其中电磁耦合对加速诱导气流的作用。实验结果表明,运用电磁耦合作用可在一定程度上增强等离子体激励器的放电效果,一些电感线圈产生的电磁耦合作用可显著改善DBD等离子体诱导气流的连续性和加厚流场区域。     

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。     

激励参数对等离子体EHD加速效应影响的试验研究

在静止空气中,进行了激励参数对等离子体EHD加速效应影响的试验研究。在激励频率固定的情况下,诱导气流速度随激励电压的增加而近似线性地增加;在激励电压固定的情况下,诱导气流速度并非随频率的增加而线性增大,而是存在一个最优频率,在这个频率下测得的诱导气流速度最大。试验获得的激励电压、频率对诱导气流速度影响的定量关系有助于进一步揭示辉光放电等离子体EHD的机理,也为等离子体在流动控制方面的应用奠定了基础。     

高频交流激励表面介质阻挡放电特性及其应用

高频交流电激励表面介质阻挡放电在控制流动分离方面有重要应用,电压幅值与频率是关键的因素。为此,通过改变电压幅值及频率,获得了电流、电压波形,以及放电图像。并将研究表面介质阻挡放电特性激励器应用于S1223翼型,在风洞中进行了流动控制实验。实验表明:随电压幅值的增大,电流幅值及每mm激励器消耗功率增大,放电宽度以及放电亮度增加;频率改变几乎不影响暴露电极向植入电极一侧放电,频率增大却可以降低双侧放电强度;通过在翼型表面布置表面介质阻挡放电激励器,可以达到抑制翼型流动分离,提高翼型升力系数的效果;翼型攻角在0°~4°与10°~25°下等离子体对翼型升力系数均能起到增效作用,而且表面介质阻挡放电对流动分离的控制效果与电压幅值有关,该文实验条件下7 kV时对翼型升力系数的增效最大,可达61.8%。     

电压幅值和频率对表面介质阻挡放电与气动特性的影响

相比传统流动控制技术,表面介质阻挡放电(SDBD)具有响应速度快、体积较小、控制位置灵活、成本较低等优势,具有巨大的应用前景。本文在不同电压幅值和不同频率的条件下,分别进行SDBD实验,并利用纹影技术对SDBD诱导气流进行系统的比较分析。利用像素强度积分法拟合了SDBD诱导气流的速度分布,定性分析电压幅值和电源频率对诱导气流速度的影响。实验结果表明,SDBD消耗功率与电压幅值近似呈指数关系,而与频率近似呈线性关系;随着电压幅值和频率的增大,SDBD诱导气流的长度均先增加后趋于稳定;诱导气流纵向速度分布呈先上升后下降至零的趋势,其最大速度随着电压幅值和频率的增大而增大;不同电压幅值、频率下,诱导气流速度曲线均在距介质表面0.2mm附近达到最大值,几乎不随电压幅值和频率的变化而改变。     

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。     

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。     

Experimental Study of DBD Plasma Actuator with Combination of AC and Nanosecond Pulse Voltage

In the last decade, dielectric barrier discharge (DBD) plasma actuators using a combination voltage of AC and a nanosecond pulse have been studied. The combined‐voltage‐driven plasma actuator increases the body force effect, including wall jet and flow suction, by overlapping the nanosecond pulse voltage, while the DBD plasma actuator driven by nanosecond pulses is a flow control actuator generating compression waves due to pulse heating, which makes it possible to supply an active flow control at a high‐speed flow, reported as up to Mach 0.7. In this study, a DBD plasma actuator driven by a combination voltage of sinusoidal AC and nanosecond pulse was experimentally investigated. The time‐averaged net thrust and cycle‐averaged power consumption of the actuator were characterized by using an electrical weight balance and the charge‐voltage cycle of a DBD plasma actuator, respectively. The plasma actuator thrust driven with the combination voltage showed increased thrust with increasing pulse repetition rate. The energy consumption of the actuator was controlled by varying the AC phase when the nanosecond pulse was applied. Therefore, the thrust and power consumption in the actuator were almost independently controlled by the pulse repetition rate and the pulse imposed phase.     

常压介质阻挡放电平均放电电流的实验研究

为了优化介质阻挡放电(DBD)发生器设计,提高放电效率,实验研究了介质阻挡放电装置的平均放电电流特性,包括用Q-U李萨如图形测量法研究了激励电源特性和发生器结构参数对平均放电电流的影响。实验结果表明:采用高频电源、薄介质和小放电间隙可得到均匀放电;在DBD发生器结构和工作气体属性固定的情况下,提高激励电压幅值和激励频率可增大平均放电电流、提高放电强度;采用薄介质和减小放电气隙宽度都可提高放电强度,得到较大的平均放电电流。因此可以通过改变激励电源参数和放电装置结构有效地调节放电电流。     

常压单极性纳秒脉冲DBD模式的实验研究

介质阻挡放电(DBD)是产生低温等离子体的重要方法。实验研究的DBD由上升沿15 ns,半高宽约30ns最高重复频率1 kHz的正极性纳秒脉冲产生,测量了DBD电压、电流以及放电图像。结果表明,空气间隙上发生两次放电,分别发生在施加电压的上升沿和下降沿末端,电流峰值可达百安培量级,峰值功率可以达到MW级。放电图像显示放电分为均匀放电和丝状放电两种模式,且阻挡方式和重复频率都是影响这两种放电模式相互转化的重要因素。     

等离子体气动效应对燃烧室流场的影响

为了研究等离子体气动效应的内在机理,建立燃烧室助燃激励器中等离子体气动效应的数值仿真模型,通过求解电势方程和电荷密度方程,得到等离子体气动效应的体积力分布函数,将动量以源项的形式引入Navier-Stokes方程求解,对助燃激励器中等离子体气动效应诱导燃烧室空气流动进行了数值模拟,研究激励电压、气体流量和电荷密度对燃烧...     

高频高压下介质阻挡放电的实验研究

利用介质阻挡放电实验装置和测量系统研究了不同的介质层厚度、外加电压以及空气间隙距离的等离子体助燃(PAC)激励器放电特性,并在实验数据的基础上,根据介质阻挡放电等效电路对空气间隙上的两端电压、放电电流等参数进行了计算。结果表明,介质层的厚度对放电脉冲的次数的影响很大;随外加电压的增加,脉冲放电增加,放电的起始时刻不断提前;随着空气间隙距离的减小,激励器放电强度明显增强,放电更加均匀。     

沿面/体介质阻挡放电装置的放电及臭氧生成特性

相对于体介质阻挡放电(VDBD),沿面介质阻挡放电(SDBD)等离子体可以更高效地生成反应活性物质,在气体处理方面显示了较高的效率。但沿面放电仅沿介质表面发展,限制了放电等离子体装置处理气体的能力。文中设计了一种新型的沿面/体复合DBD装置,通过在垂直于沿面放电高压电极的上部增加体放电电极,用于扩展等离子体的空间分布并提高活性物质的产量,研究了电极构型、放电气隙、放电电压及气体体积流量等对装置的放电特性及臭氧生成的影响。在空气间隙为4.5mm,外加电压幅值为16kV时,SDBD放电功率为11.2W,VDBD放电功率为4.6 W,复合装置的放电功率为19.7 W;分别测量复合装置中的沿面放电和体放电功率发现,复合装置的沿面放电功较单一沿面放电装置的放电功率提高了1.1倍,而复合装置的体放电功率较单一体放电功率提高了1.9倍。臭氧测试结果表明,复合装置生成的臭氧质量浓度可达3.0 mg/L,分别是SDBD和VDBD的3.8倍和5.0倍。     

管-管和管-板电极介质阻挡放电特性研究

电极结构对介质阻挡放电(DBD)的放电特性有重要影响,研究和比较不同电极结构DBD的放电特性,对优化DBD反应器结构和提高放电效率具有重要意义。笔者实验研究和比较了大气压空气中管-管电极和管-板电极DBD的放电特性,比较了它们电压电流波形图、李萨育图形以及发光图像的区别,研究了不同电压幅值下放电参量的变化,并从放电机理上对实验结果给出合理解释。结果表明:管-板电极DBD的电气特性和发光特性与管-板电极DBD有明显的区别,相对于管-管电极DBD,管-板电极DBD的放电更稳定,放电细丝分布更均匀;随着外加电压幅值的增加,两种电极结构DBD的放电持续时间、电流幅值、放电功率和传输电荷量都增加,在相同外加电压幅值下,管-板电极DBD的各参量均大于管-管电极DBD。     

介质阻挡放电等离子体射流装置的实验研究

基于介质阻挡放电的形式,设计并制作了两种等离子体射流装置:一种内电极裸露;另一种内电极覆盖有石英玻璃。笔者对两种不同电极等离子体射流装置的特性进行了测量。在中频正弦电源通入Ar的情况下,测量了放电的李萨如(Lissajous)图、放电的图像和放电的光谱图;并且分别由放电的Lissajous图和光谱图,计算得到了放电的功率和电子激发温度。实验结果表明:在外施电压保持不变的情况下,气流对于放电的功率和电子的温度几乎没有影响;通过对比两种射流装置的电学和光学特性发现,与内电极覆盖有石英玻璃的等离子体射流装置相比,内电极裸露的情况下,其放电的功率和电子激发温度均比较大。     

Effect of Barrier Materials on Discharge Properties in Air at Low Pressure

Dielectric barrier discharge(DBD) is widely investigated in order to obtain uniform low-temperature plasma.Many studies have proved that some barrier materials,especially electrets,can improve the uniformity of discharge.It is regarded as an available way to get atmospheric pressure glow discharge(APGD).In this paper,discharge forms with 4 different barrier materials(alumina,quartz,PTFE and PET) are investigated,and the transition of discharge form depending on the air pressure are recorded to estimate the influence of barrier materials on discharge.By using electrets as barrier materials,homogeneous discharges can be obtained in a more wide pressure range.Under the same experimental conditions,discharges with electrets are more uniform or have larger uniform areas due to the storage and desorption of charges on the surface of electrets.The electrons deposited in the surface layer can be released on next half cycle when the polarity of the applied voltage changes,and provide a number of seed electrons,which makes the discharge more homogeneous.The capacitance and the permittivity of barrier materials have no effect on the discharge form directly.