بررسي عددي تاثير عملگرهاي پلاسماي سد تخليه دي‌الكتريك (DBD) بر كنترل جدايش جريان فراصوت

Numerical Study of Dielectric Barrier Discharge (DBD) Plasma Actuators on Separation Control of Supersonic Flow

هدف از اين پژوهش، كنترل جريان فراصوت عبوري از يك سطح شيب‌دار تراكمي در عدد ماخ 1/5 با استفاده از عملگر پلاسماي سد تخليه دي‌الكتريك (DBD) مي‌باشد. به‌منظور شبيه‌سازي عددي، از معادلات ناوير استوكس دو و سه‌بعدي به‌ همراه مدل آشفتگي kωSST و روش جيمسون استفاده شده است. عملگر پلاسمايي به‌صورت پايا و با بهره‌گيري از رويكرد پديده‌شناسي شايي شبيه‌سازي و به‌صورت جمله چشمه به معادلات ممنتم اعمال شده است. نتايج عددي نشان دادند كه حضور دو رديف عملگر پلاسمايي با ولتاژ kV 75 و فركانس kHz 2 در محل شروع جدايش جريان، موجب كاهش ناحيه جدايش به اندازه mm 10، جابجايي موقعيت موج ضربه‌اي و افزايش زاويه آن به مقدار 2 درجه شده است. بررسي‌هاي پارامتريك نشان دادند كه حالت بهينه تاثيرگذاري عملگر بر كنترل جدايش زماني است كه دقيقاً در محل شروع جدايش قرار گيرد. همچنين، افزايش فركانس و ولتاژ ميدان الكتريكي موجب كاهش ناحيه جدايش و جابجايي موج ضربه‌اي مي‌گردد. در نهايت، افزايش تعداد عملگرها به سه رديف، افزايش فركانس تا 10 كيلوهرتز و ولتاژ تا 75 كيلوولت، به‌طور كامل موجب حذف ناحيه جريان گردابي ناشي از جدايش جريان گرديد.

The aim of present study is to control the supersonic flow (M=1.5) over a compression ramp using Dielectric Barrier Discharge (DBD) plasma actuators. For numerical simulation, 2D and 3D Nervier-Stokes equations along with the turbulence model and Jameson's method are used. DBD Actuator is simulated in steady mode using Shyy phenomenological model and then applied to the momentum equations as a source term. The numerical results with the presence of two rows of DBD in voltage of 75 kV and frequency of 2 kHz discharging at starting point of separation reduced the separation region by 10 mm, moved shock location and increased its angle by 2°. Parametric study of DBDs are illustrated that the most efficient location of actuator is related to time when actuator is exactly located at the start point of separation. Also, increasing frequency and voltage of DBD reduced the separation and formation of vortices as well as the displacement of shock wave. Finally, increasing the number of DBD to three rows, with the frequency and voltage up to 10 kHz and 75 kV respectively, completely eliminate the vortices of separation region.