介质阻挡放电等离子体流动控制的研究-中国科学.PDF

中国科学 E 辑 : 技术科学 2008 年 第 38 卷 第 11 期 : 1827 ~ 1835 SCIENCE IN CHINA PRESS 介质阻挡放电等离子体流动控制的研究 ①* ② ① ② ② 聂超群 , 李钢 , 朱俊强 , 张翼 , 李玉同 ① 中国科学院工程热物理研究所先进能源动力重点实验室, 北京 100080 ② 中国科学院物理研究所光物理实验室, 北京, 100080 * E-mail: ncq@ 收稿日期: 2007-09-04; 接受日期: 2008-04-02 国家自然科学基金重点基金项目(批准号:资助 摘要 在等离子体激励因素诱导流场变化实验和数值模拟分析的 关键词 基础上, 探索了介质阻挡放电等离子体流动控制的效应. 结果表明湍 流动控制 流模型比层流模型可获得更好的结果. 通过平板流动实验与压气机 介质阻挡放电等离子体 叶栅实验相结合的措施, 研究了等离子体对外流、内流加速与抑制流 等离子体激励 压气机叶栅 动分离的耦合作用. 实验结果表明: 等离子体激励可以改变边界层 流动分 的速度特性; 在流速低于20 m/s 时, 等离子体激励可显著改善栅后总 压和速度分布特征; 流速接近50 m/s 时, 等离子体仍会明显改变总压 和速度的最小值; 可见, 在低速流动条件下, 采用等离子体激励方式 能达到抑制流动分离的目的. 流动控制作为流体力学的重要分支和研究前沿, 其目的是为了改善物体的受力状态和边 界层分离特征, 进而获得减小阻力、提高升力、拓宽稳定工作范围等效果; 其实现方法包括在 壁面开槽、加肋、布置旋流发生器等方法(被动控制), 以及以激光、电子束、等离子体等为外 部能量载体输入, 达到抑制流动分离目的的方法(主动控制). 介质阻挡放电等离子体流动控制 技术作为一种新概念的主动流动控制技术, 可以利用微量的、局部的气流扰动来控制大流量、 全局性的特性(边界层分离与旋涡流场结构), 近年来在介质阻挡放电等离子体控制圆柱绕 [1] [2] [3] [4] 流 、机翼升力提高 、机翼前缘分离控制 、低压透平叶栅流动分离控制 、透平叶顶间隙 [5] [6] [7,8] [9] 流动控制 、减小阻力 、压气机扩稳 、改善无人驾驶飞机气动性能 等方面取得很多基础 性研究结果. 近来, 外流等离子体流动控制概念开始向内流控制渗透, 并有新的拓宽. 与外流相比, 内 部流动具有强涡流、高折转角、强逆压梯度、非定常、非均匀、非稳定等特点; 外流关注升力 和阻力, 而内流更关注流动损失和稳定性. 1827 聂超群等: 介质阻挡放电等离子体流动控制的研究 本文综合利用先进的流场测量手段, 根据不同的流场特点, 采用了不同的流速测量方法, 采用 PIV 和 LDV 获得了等离子体在静止流场中诱导出的速度场、采用三孔探针和热线开展了 利用等离子体抑制压气机叶栅流动分离的研究,