介质阻挡放电等离子体对近壁区流场的控制的实验研究

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1、第+’卷第-期#%%&年-月物理学报H<3)+’，G<)-，IJ5)，#%%&!%%%/$#&%>#%%&>+（’%-）>,%#-/%’?@A?BCDEF@?EFGF@?!#%%&@K25)BKLM)E<;)"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""介质阻挡放电等离子体对近壁区流场的控制的实验研究!!）"#）!）$）$）!）!）李钢李轶明徐燕骥张翼李汉明聂超群朱俊强!）（中国科学院工程热物理研究所先进能源动力实验室，北京!%%!&%）#）

2、（北京提赛流速测量研究中心，北京!%%’(!）$）（中国科学院物理研究所光物理实验室，北京!%%!&%）（#%%(年’月#%日收到；#%%’年&月!’日收到修改稿）采用粒子图像测速仪对介质阻挡放电等离子体在静止流场中诱导出的速度场、等离子体激励对平板附面层的改变进行了研究)实验结果表明，等离子体激励作用主要集中在近壁面附近；激励电压与诱导速度近似为线性关系，激励频率对诱导速度的影响不大)将等离子体流动控制原理初步归纳为撞击效应和热效应，并通过数值模拟的方法研究了热效应对等离子体激励诱导速度场的影响)数值模拟结果表明，在无

3、来流的情况下等离子体热效应对流场的影响比较明显，使局部水平方向速度大小提高近$%*)简要介绍了提高等离子体激励强度的方法)关键词：介质阻挡放电等离子体，流动控制，边界层!"##：+!&%，,(&%，+#&%励”这一新概念的主动流动控制技术，其所采用的等!=引言离子体气动激励，是以等离子体为载体，对流场施加的一种可控扰动，具有结构简单、施加的气动激励作在流体力学研究领域，流动控制是一个重要的用频带宽、激励参数便于实时控制、响应迅速、能耗研究方向)人们已经探索了几种改变和控制流场的较低等优点)［!］方法，主要分为主动控制和被

4、动控制两大类)被动本文所使用的等离子体激励器构成如图!所控制方法不需要输入外部能量，文献中公开的被动［#］［$］控制方法有在边界层加肋、开槽、布置粗糙单［,］元等)主动控制方法需要输入外部能量，但具有便于控制的优点，可以根据需要而打开或关闭)主动控［+］［-］制方法包括表面运动、连续或间断的吸吹，以及［(］以激光、电子束、等离子体等为载体输入能量的方法)等离子体流动控制是通过等离子体对其周围气流施加定向作用力来改善气动部件动力特性的一种技术手段，对于提升飞行器和航空发动机气动性能具有重要意义，目前已成为国际上的研究热点)

5、人们图!等离子体激励器简图［’］对介质阻挡放电等离子体激励在提高机翼升力、低压透平叶栅流动分离控制［&］、压气机扩稳［!%，!!］、改示)在绝缘材料（石英玻璃片）两侧非对称地布置两善无人驾驶飞机的气动性能［!#］等方面开展了基础块金属电极，一块电极裸露在周围的空气中，另一块性研究)等离子体流动控制是基于“等离子体气动激电极嵌在绝缘材料里)在高压高频交流电的作用下，!国家自然科学基金（批准号：+%-(-%&,，+%-(-%&+，+%((-%’-，+%($-%%(）资助的课题)"./0123：32415467829254%!

6、%:!-$);<0=期李钢等：介质阻挡放电等离子体对近壁区流场的控制的实验研究&)’I可在嵌入绝缘材料内的电极上方生成弱电离的低温图’可见等离子体诱导的流动使水蒸汽流向偏转，等离子体，通过离子与中性气体分子的碰撞向边界随着激励电压的增大水蒸汽流向偏转角度也增大!层输送能量，诱导出空气射流，加速边界层内的气体等离子体流动控制是一个交叉学科，涉及到流流动!文献［"#］利用平面激光诱导荧光技术对介质体力学、等离子体物理学、电工学、热力学、材料学、阻挡放电过程中产生的痕量组分$%进行了检测；化学等诸多学科；因而等离子体的诊断方法

7、也是多文献［"&］利用红外热像仪研究了介质阻挡放电过程种多样，可以采用光谱学、质谱学、电工学、声学、热中的热量交换过程!可以把等离子体对周围气体的学、力学、流场测量等方法!本文采用流场测量方法，作用力称为电动力，图’是对电动力的直观认识，由研究等离子体的流动控制效果!图’等离子体诱导的流动使水蒸汽流向偏转图（(）)*+，（,）"’*+，（-）".*+，（/）’)*+，（0）’"*+’1实验系统实验布局如图#所示!实验中使用的二维粒子图像测速仪（23+）测量系统由激光器、激光器电源、445相机、同步器、透镜组、导光臂、24

8、机等组成!采用两台独立的678激光器，单脉冲激光能量可达"’)9:，由同步器控制两激光脉冲的时间间隔，最短可达"；445像素为"’.)<")’&；采用定焦镜头，!;根据不同视场大小要求，镜头焦距分别采用’.99图#丘形物流动分离控制23+实验布局图（大区域）和=)99（小区域）；通过由柱面镜和球面镜组成的透镜组形成片