شبیه سازی تأثیر محرک پلاسما بر حباب جدایش جریان هوا

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، گروه مهندسی هوافضا، دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات، تهران، ایران

2 استادیار، گروه مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران

3 استاد، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه آزاد اسلامی واحد تبریز، تبریز، ایران

چکیده

در این مقاله محرک پلاسما از نوع تخلیه با سد دی‌الکتریک، شبیه‌سازی عددی شده و میزان تأثیر آن بر میدان جریان هوا و دامنه حباب جدایش بررسی می‌شود. هندسه انتخابی برای تشکیل حباب جدایش یک سیلندر مستطیلی با لبه حمله گرد شده می‌باشد. مطالعه حاضر برای اعداد رینولدز با مرتبه 104 تا 105 انجام شده است. از پدیده‌های مهم و قابل توجه در این میدان جریان، وجود جدایش جریان در لبه حمله جسم مورد نظر می‌باشد، که اصطلاحاً آنرا حباب جدایش گویند. یکی از پارامترهای بی‌بعد مسأله، نسبت شعاع لبه حمله به ضخامت جسم می‌باشد که به ازای مقادیر مختلف آن، تأثیر محرک پلاسما بر دامنه حباب جدایش و نقطه بازچسبیدن جریان روی سطح جسم بررسی شده است. نتایج حاصل نشان می‌دهد در هندسه لبه‌تیز، اثر محرک پلاسما ناچیز می‌باشد، در حالیکه در هندسه با گوشه گرد شده محرک پلاسما تأثیر قابل توجهی بر ابعاد حباب جدایش دارد. این اثر با افزایش شعاع لبه حمله بیشتر می‌شود. پارامتر بی‌بعد دیگر نسبت سرعت القایی توسط محرک پلاسما به سرعت جریان آزاد می‌باشد که تأثیر زیادی بر دامنه حباب جدایش دارد.

کلیدواژه‌ها


[1]  Brunn A., Nitsche W., Active control of turbulent separated flows over slanted surfaces, Int. J. Heat and Fluid Flow, Vol. 27, pp 748–755, 2006.
[2]  Aholt J., Influence of Laminar Separation Bubbles on the Aerodynamic Characteristics of Elliptical Airfoils at Low Reynolds Numbers, Missouri Space Grant Consortium Student Reports and Abstracts, MOSGC, Columbia, MO, April 2009.
[3]  Lamballais E., Silvestrini J., and Laizet S., Direct numerical simulation of flow separation behind a rounded leading edge: Study of curvature effects, Int. J. Heat and Fluid Flow Vol. 31, pp. 295–306, 2010.
[4]  Kosinov A., Maslov A., and Shevelkov S., Experiments on the stability of supersonic laminar boundary layers, J. Fluid Mech., Vol. 219, pp. 621-633, 1990.
[5]  Post M.L., Plasma actuators for separation control on stationary and unstationary airfoils, Ph.D. thesis, University of Notre Dame, 2004.
[6]  Orlov D.M., Modeling and Simulation of Single Dielectric Barrier Discharge Plasma Actuators, Ph.D. Thesis, University of Notre Dame, 2006.
[7]  Jayaraman B., and Shyy W., Modeling of dielectric barrier discharge-induced fluid dynamics and heat transfer, Progress in Aerospace Sciences, vol. 44, pp. 139-191, 2008.
[8]  Matéo-Vélez J.C., Rogier F., Thivet F., and Degond P., Numerical Modeling of Plasma - Flow Interaction, ICCS 2006, Part II, LNCS 3992, pp. 1–9, 2006.
[9]  Zhang P.F., Liu A.B., and Wang J.J., Flow structures in flat plate boundary layer induced by pulsed plasma actuator, Sci. China Tech. Sci., Vol. 53, No. 10, pp. 2772−2782, 2010.
[10]             Sosa R., Artana G., and Moreau E., Stall control at high angle of attack with plasma sheet actuators, Experiments in Fluids, Vol. 42, pp. 143-167, 2007.
[11]             Sosa R., Artana, G., and Moreau, E., “Stall control at high angle of attack with plasma sheet actuators”, Experiments in Fluids, pp. 143-167, (2007)
[12]             Patel M.P., Ng T.T., Vasudevan S., Corke T.C., Post M.L., Mclaughlin T.E., and Suchomel C.F., Scaling effects of an aerodynamic plasma actuator, Journal of aircraft, Vol. 45, No. 1, pp. 223-236, 2008.
[13]             Owsenek B.L., and Seyed-Yagoobi J., Theoretical and experimental study of electrohydrodynamic heat transfer enhancement through wire-plate corona discharge, Journal of Heat Transfer, Vol. 119, No. 3, pp. 604-610, 1997.
[14]             Melcher J.R., Continuum electromechanics, Cambridge, Mass, MIT Press. 1981.
[15]             Miranda W.R., and Rezende A.L.T., Rans Models Applied In A Flow Over A Rounded Edge, 22nd International Congress of Mechanical Engineering (COBEM), November 3-7, Ribeirão Preto, SP, Brazil, 2013.
[16]             Suzen Y.B., and Huang P.G., Simulations of Flow Separation Control using Plasma Actuators, AIAA Paper 2006-887, 2006.
[17]             Suzen Y.B., Huang P.G., and Jacob J.D., and Ashpis D. E., Numerical simulation of plasma based flow control applications, AIAA Paper 2005-4633, 2005.
[18]             Enloe C.L., Mclaughlin T.E., Van Dyken R.D., Kachner K.D., Jumper E.J., Corke T.C., Post M.L., and Haddad O, Mechanisms and responses of a single dielectric barrier plasma actuator: geometric effects, AIAA J., Vol. 42, No. 3, pp. 595–604, 2004.
[19]             Bouchmal, A., Modeling of Dielectric-Barrier Discharge Actuator, M. Sc. Thesis, Delft University of Technology, 2011.
[20]             Jacob J.D., Ramakumar K., Anthony R., and Rivir R.B., Control of Laminar and Turbulent Shear Flows Using Plasma Actuators, 4th International Symposium on Turbulence and Shear Flow Phenomena Williamsburg, VA June 27–29, 2005.
[21]             Djilali N., and Gartshore I.S., Turbulent flow around a bluff rectangular plate. Part I: Experimental investigation, ASME J. Fluids Eng. Vol. 113, No. 1, pp. 51-59, 1991.
[22]             Kavousfar S., Esmaeilzadeh E., Mahdavy-Moghaddam H., Mirzaei M., Pouryoussefi S.H., Experimental Study of Plasma Actuator Effects on Flow Field Separation Bubble around Blunt Flat Plate, Journal of Applied Fluid Mechanics, Accepted in February 5th 2015.