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关键词：
近红外光谱,分类,定量分析,局部PLS,汽油
发表时间：
2011-12-19 11:09:01
交错电极介质阻挡放电等离子体弦向特性的研究
周子仁 | -> | 1145| 0| 0.67681MB |介质阻挡放电,流动控制,发射光谱,红外热像,激光诱导荧光
摘 要 在绝缘材料两侧交错布置电极的方式是航空领域所使用的等离子体激励器与众不同之处, 因此航空等离子体激励器生成的等离子体具有沿弦向变化特点。利用光谱仪、红外热像仪、激光诱导荧光系统( LIF) 对交错电极介质阻挡放电等离子体弦向特性进行了实验研究, 并对介质阻挡放电等离子体流动控制机理作了初步的探讨。实验中发现等离子体发光强度和温度沿弦向的分布基本符合高斯分布; 发射等离子体光谱强度随着电压升高而增大; 等离子体弦向温度随激励电压的增大而增加; 通过LIF 系统直接检测到放电产生的NO。通过数值模拟得到电极附近的电势和电场强度分布进而对实验现象作了初步的解释, 并在以上实验的基础上, 将等离子体流动控制机理归纳为撞击效应、温升效应和化学反应效应。
介质阻挡放电等离子体在电子、材料、制造、环保、化工等行业有着广泛的应用[ 13] 。目前这类等离子体也受到航空领域的重视, 自美国田纳西( UTK) 大学的Roth[4] 教授于1994 年首先开展应用DBD 等离子体进行飞行器减阻、边界层控制、隐身、除冰等研究以来, 美、俄等发达国家的航空机构对其开展了大量研究。
在绝缘材料两侧交错布置电极的方式是航空领域所使用的等离子体激励器与众不同之处, 因此航空等离子体激励器生成的等离子体具有沿弦向变化特点。两个由绝缘材料隔开的电极一个暴漏在大气中, 另一个镶嵌在绝缘材料里。在高压高频交流电的作用下, 可在嵌入绝缘材料内的电极上方生成弱电离的低温非平衡等离子体( 如图1B) , 并使周围空气形成静流量为零( ZNMF) 的水平方向射流, 等离子体诱导的流动使水蒸汽流向偏转, 随着激励电压的增大水蒸汽偏转角度也增大。
研究表明, 通过向近壁区的流场输入能量, 等离子体激励器可以减小湍流边界层阻力, 控制边界层的分离, 也就是说可以利用等离子体激励器来进行流动控制。等离子体流动控制是基于 等离子体气动激励 这一新概念的主动流动控制技术, 其所采用的等离子体气动激励, 是以等离子体为载体
对流场施加的一种可控扰动。等离子体流动控制的主要优势是, 等离子体气动激励是电场作用, 没有运动部件, 具有结构简单、施加的气动激励作用频带宽、激励参数便于实时控制、响应迅速、能耗较低等优点。因此, 等离子体流动控制的最大特色是便于大范围通过实时控制改善空气动力特性。可以利用微量的、局部的 气流扰动 来控制大流量、全局性的流动特性( 例如, 抑制分离及控制旋涡流场等) , 并通过改善设计状态性能、拓宽工作范围、提高非设计状态性能等作用, 来改善飞行器[ 5] 和航空发动机的气动性能, 或者直接产生气动力控制飞行状态等。已开展的大量相关实验研究包
括, 平板流动分离控制实验[ 6] 、不同形状电极特性的实验[7] 、增大机翼升力实验[ 8] 、低压涡轮叶栅流动分离控制[ 9]实验以及压气机[5, 10] 和机身方面的实验[ 11] 等。
流动控制的效果与等离子体密度沿弦向分布有密切关系, 由于DBD 放电产生的是低密度等离子体( 1016 par ticles! m- 3 量级) [ 12] , 直接测量等离子体密度有很大难度,Enloe[13] 通过光电倍增管实验对等离子体沿弦向分布的特点进行了有益的探讨。发射光谱已广泛应用于等离子体的诊断研究[14, 15] , 本文以光谱仪、红外热像仪、PLIF 测量系统等基于光谱学理论的测试设备为等离子体诊断手段, 实验研究了DBD 等离子体的弦向特性, 并在此基础上对介质阻挡放电等离子体流动控制机理作了初步的探讨。
在绝缘材料两侧交错布置电极的方式是航空领域所使用的等离子体激励器与众不同之处, 因此航空等离子体激励器生成的等离子体具有沿弦向变化特点。两个由绝缘材料隔开的电极一个暴漏在大气中, 另一个镶嵌在绝缘材料里。在高压高频交流电的作用下, 可在嵌入绝缘材料内的电极上方生成弱电离的低温非平衡等离子体( 如图1B) , 并使周围空气形成静流量为零( ZNMF) 的水平方向射流, 等离子体诱导的流动使水蒸汽流向偏转, 随着激励电压的增大水蒸汽偏转角度也增大。
研究表明, 通过向近壁区的流场输入能量, 等离子体激励器可以减小湍流边界层阻力, 控制边界层的分离, 也就是说可以利用等离子体激励器来进行流动控制。等离子体流动控制是基于 等离子体气动激励 这一新概念的主动流动控制技术, 其所采用的等离子体气动激励, 是以等离子体为载体
对流场施加的一种可控扰动。等离子体流动控制的主要优势是, 等离子体气动激励是电场作用, 没有运动部件, 具有结构简单、施加的气动激励作用频带宽、激励参数便于实时控制、响应迅速、能耗较低等优点。因此, 等离子体流动控制的最大特色是便于大范围通过实时控制改善空气动力特性。可以利用微量的、局部的 气流扰动 来控制大流量、全局性的流动特性( 例如, 抑制分离及控制旋涡流场等) , 并通过改善设计状态性能、拓宽工作范围、提高非设计状态性能等作用, 来改善飞行器[ 5] 和航空发动机的气动性能, 或者直接产生气动力控制飞行状态等。已开展的大量相关实验研究包
括, 平板流动分离控制实验[ 6] 、不同形状电极特性的实验[7] 、增大机翼升力实验[ 8] 、低压涡轮叶栅流动分离控制[ 9]实验以及压气机[5, 10] 和机身方面的实验[ 11] 等。
流动控制的效果与等离子体密度沿弦向分布有密切关系, 由于DBD 放电产生的是低密度等离子体( 1016 par ticles! m- 3 量级) [ 12] , 直接测量等离子体密度有很大难度,Enloe[13] 通过光电倍增管实验对等离子体沿弦向分布的特点进行了有益的探讨。发射光谱已广泛应用于等离子体的诊断研究[14, 15] , 本文以光谱仪、红外热像仪、PLIF 测量系统等基于光谱学理论的测试设备为等离子体诊断手段, 实验研究了DBD 等离子体的弦向特性, 并在此基础上对介质阻挡放电等离子体流动控制机理作了初步的探讨。
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