Численное моделирование диэлектрических барьерных актюаторов разряда на основе свойств низких

Dec 03, 2023

Научные отчеты, том 12, Номер статьи: 10378 (2022) Цитировать эту статью

1353 Доступа

1 Цитаты

Подробности о метриках

Электрогидродинамические системы управления потоком оказались одной из наиболее многообещающих стратегий управления потоком за предыдущие десятилетия. Действительно, существует несколько методов эффективной оценки и описания эффекта таких систем. Тем не менее, из-за решающей роли этих систем в различных приложениях, возможные улучшения все еще исследуются. Представлена ​​новая феноменологическая модель для моделирования плазменных актуаторов, основанная на электродинамических свойствах низкочастотных плазмонов. Модель моделирует плазмонную область как дисперсионную среду. Эта диссипируемая энергия добавляется к потоку за счет введения области высокого давления, рассчитанной с точки зрения векторов локальных массовых сил, требующих распределения электрического поля и поля поляризации. Модель определяет электрическое поле для расчета вектора объемной силы на основе уравнения Пуассона и реализует упрощенную модель Лоренца для поля поляризации. Чтобы полностью изучить эффективность представленной модели, был проведен эксперимент, позволяющий сравнить наблюдаемое влияние плазменных актуаторов на поток жидкости с результатами, предсказанными моделью. Затем модель проверяется на основе результатов других отдельных экспериментов и исключенных численных моделей, основанных на обмене импульсом с окружающей нейтрально заряженной жидкостью, что демонстрирует, что модель обладает улучшенной адаптируемостью и способностью к саморегулированию по сравнению с доступными моделями.

Электрогидродинамические системы управления потоком оказались одной из наиболее многообещающих стратегий управления потоком за предыдущие десятилетия. Среди этих систем плазменные приводы доказали свою эффективность в самых разных приложениях, включая цели управления потоками, фотонику и оптоэлектронику, технологии пищевой промышленности, лечение рака и биотехнологии1,2,3,4,5,6. Литература демонстрирует богатый опыт исследования и улучшения применимости и эффективности различных методов управления потоком в нескольких областях применения7,8,9,10,11,12,13,14,15,16. Однако для внедрения полученных систем в реальные приложения требуется тщательный процесс разработки и тестирования. Численное моделирование традиционно пыталось предоставить передовые алгоритмы для проектирования, моделирования и понимания сложных систем управления потоком, поскольку экспериментальный подход требует нескольких дорогостоящих и трудоемких итераций методом проб и ошибок. В настоящее время в литературе доступно несколько методов эффективной оценки и описания эффекта систем диэлектрического барьерного разряда (DBD). Однако из-за решающей роли этих систем во многих проблемах управления потоками всегда стоит изучить возможные улучшения, и всегда приветствуется улучшение алгоритма.

В настоящее время существует три категории моделей для моделирования плазменных актуаторов; модели, основанные на фундаментальных принципах17,18,19,20,21, эмпирические модели22,23 и феноменологические модели24,25,26,27,28. Чтобы сформировать основу для методологий, основанных на первых принципах, модели первой категории пытаются воспроизвести физические механизмы плазменного актюатора как с гидродинамической стороны20,21,29,30, так и со стороны плазмы17,18,19. Следовательно, эти модели должны учитывать уравнения переноса как для заряженных, так и для нейтральных частиц, а также уравнение Пуассона для электрического поля и уравнения Навье-Стокса. Эти модели более точны, но требуют значительных вычислительных затрат и времени. Вторая категория пытается ввести точное описание индуцированной объемной силы плазменных актуаторов в уравнениях количества движения. Эти модели предусматривают разработку практических инструментов моделирования приводов DBD для быстрого проектирования, управления и оптимизации. В последней категории моделей используются упрощенные наборы дифференциальных уравнений, что приводит к уменьшению вычислительных затрат при моделировании, при этом учитываются физические факторы с упрощениями и сохраняется приемлемый уровень точности. В последние годы было проведено много исследований плазменных актуаторов. Прежде всего, в настоящей работе рассматриваются некоторые из прошлых экспериментальных и численных исследований плазменных актуаторов, а затем обсуждаются мысли и фундаментальные принципы, чтобы лучше понять основные физические механизмы взаимодействия актюатора с потоком и разработать новую практическую методологию. для моделирования плазменных актуаторов. Основываясь на приведенных выше описаниях различных категорий моделей для моделирования плазменного актюатора, в этом исследовании будет представлена ​​феноменологическая модель для моделирования низкочастотных плазменных актуаторов. В дальнейшем, в частности, будут изучаться феноменологические модели.