شبیه سازی عددی رژیم تخلیه کرونا در پیکربندی سیم-ایرفویل در شرایط اتمسفریک

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد، مهندسی هوافضا گرایش آیرودینامیک / مجتمع دانشگاهی مکانیک، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، ایران

2 عضو هیات علمی / مجتمع دانشگاهی مکانیک، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، ایران

3 دانشجوی دکتری، فیزیک، گرایش فیزیک پلاسما / دانشکده علوم پایه، دانشگاه مازندران

چکیده

اختلاف ولتاژ قوی بین دو الکترود با ضخامت های ناهمسان موجب پدیده تخلیه کرونا می‌گردد. امروزه تخلیه کرونا، کاربردهای مختلفی از جمله استفاده در رانشگرها دارد. در یک دهه اخیر، استفاده از عملگرهای پلاسمای کرونا جهت کنترل جریان سیال و تولید نیروی پیشران مورد توجه بسیاری قرار گرفته است. در تحقیق حاضر،. جهت انجام‌شبیه‌سازی از نرم‌افزار کامسول استفاده شده است. ابتدا، نتایج حاصل از شبیه‌سازی، در پیکربندی سیم-استوانه مورد اعتبارسنجی قرار گرفته و سپس رژیم تخلیه کرونا در پیکربندی سیم- ایرفویل، شبیه سازی شده است. در این تحقیق، تأثیر فاصله بین دو الکترود بر مشخصات جریان هوای عبوری ناشی از تخلیه کرونا مانند جریان الکتریکی، نیروی پیشران، سرعت جریان سیال و توان الکتریکی مصرفی مورد مطالعه‌ی عددی قرار گرفته است. نتایج حاصله نشان می‌دهد که با افزایش فاصله بین دو الکترود، جریان الکتریکی و سرعت باد الکتریکی کاهش می‌یابد، اما میزان راندمان و میزان توان مصرفی، افزایش می‌یابد، در نهایت، میزان تغییرات نیروی پیشران به ازای افزایش هرکیلوولت ولتاژ اعمالی 15 درصد افزایش می‌یابد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Numerical simulation of corona discharge produced in wire-airfoil configuration in atmospheric conditions

نویسندگان [English]

  • Masoumeh Aghaei Malekabadi 1
  • Roohallah Khoshkhoo 2
  • Hamed Soltani Ahmadi 3
1 Faculty of Mechanical Engineering, MUT
2 Assistance Professor, Malek University of Technology
3 Department of Basic Science, Mazandaran University
چکیده [English]

The strong voltage difference between two electrodes with different thicknesses causes the corona discharge phenomenon. Today, corona discharge has various applications, including use in thrusters. In the last decade, the use of corona plasma actuators to control flow and generate thrust has received much attention. In the present study. COMSOL software has been used to perform the simulation. First, the simulation results are validated in the wire- cylinder configuration and then the corona discharge in the wire-airfoil configuration is simulated. In the present study, the effect of the distance between the two electrodes on the airflow characteristics due to corona discharge such as electric current, thrust, fluid flow velocity and electrical power consumption is studied numerically. The results show that if the distance between the two electrodes increases, the electric current and the electric wind speed decrease, but the efficiency and power consumption increase. The rate of change of thrust increases by 15% for each kilo volt increase in applied voltage.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Numerical Simulation
  • Atmospheric Conditions
  • Corona Plasma Actuator
  • Wire-Airfoil Configuration
  • Thrust
[1] ] A.S.Taleghani, A. Shadaram, M. Mirzaei, and S. Abdolahipour, Parametric Study of a Plasma Actuator at Unsteady Actuation by Measurements of the Induced Flow Velocity for Flow Control, Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering,Vol. 40, No.4, pp. 1-13 , 2018.
[2] M. Mirzaei, A. S. Taleghani, and A. Shadaram. Experimental Study of Vortex Shedding Control Using Plasma Actuator. Applied Mechanics and Materials, Vol. 186, Trans Tech Publications Ltd, 2012.
[3] A. S. Talegani, A. Shadaram, and M. Mirzaei, Experimental Inverstigation of Active Flow Control for Chaning stall Angle of a NACA0012 Airfoil , Using Plasma-Actuator.Vol.1,No.1, pp.89-97, 2012.
[4] A. Salmasi, Numerical and experimental Investigation on the Effect of a Plasma Actuator on NLF0414 Airfoils’ Efficiency after the Stall. Modares Mechanical Engineering, Vol. 12, No.6, pp.104-116, 2013.
[5] F. Yang, N. Larsen, D. Brown, D. Parker, K. Pendergrass, I. A. Krichtafovitch, and , A. V. Mamishev,Corona Driven Air Propulsion for Cooling of Electronics. 8th International Symposium on High Voltage Engineering, Netherlands, 2003.
[6].F. Hauksbee, Physico-Mechanical Experiments on Various Subjects, First Edition, London: Brugis, pp.46-47.1709.
[7] I. Newton, Opticks: a Treatise of the Reflexions, Refractions, Inflexions and Colours of Light, W. and J. Innys, London, 2nd Edition, pp.25-27.1718.
[8]A. P. Chattock, On the Velocity and Mass of the Ions in the Electric Wind in Air, Philosophical Magazine, Vol. 48, No. 294, pp. 401–420, 1899.
[9] D. J. Harney, An Aerodynamic Study of the Electric Wind, PhD Thesis, California Institute of Technology, Pasadena, CA, USA,1957.
[10] E.A. Christenson, P.S. Moller, Ion-Neutral Propulsion in Atmospheric Media, AIAA Journal, Vol. 5, No. 10, 2012.
[11] J. L. Davis, J. F. Hoburg, Wire-Duct Pprecipitator Field and Charge Computation Using Finite Element and Characteristics Methods, Journal of Electrostatics, Vol. 14, No.2, pp. 187–199,1983.
[12] H. Bondar , F. Bastein, Effect of Neutral Fluid Velocity on Direct Conversion from Electric to Fluid Kinetic Energy in an Electro-fluid-dynamic Device, Journal of Physics D : Applied Physics, Vol. 19, No .9, pp.1657-1663,1986.
[13] E. Moreau, G. Artana, G. Touchard, and L. Leger, Influence of a DC Corona Discharge on the titttttAirflow along an Inclined Flat Plate, J. Electrostatics, Vol. 50-51, pp. 300-306,2001.
[14] N. E. Jewell-Larsen, S. V. Karpov, I. A. Krichtafovitch, V. Jayanty, C. Hsu, A. V. Mamishev, Modeling of Corona-Induced electrohydrodynamic Flow with COMSOL Multiphysics, Proc. ESA Annual Meeting on Electrostatics, Paper E1, 2008.
[15] D. F. Colas, A. Ferret, D. Z. Pai, D. A. Lacoste, C. O. Laux, Ion wind generation by a wire-cylinder-plate corona discharge in air at atmospheric pressure, Journal of Applied Physics, Vol. 108, No. 10, pp. 1-6, 2010.
[16] E. Moreau, N. Benard , J. D. Lan-Sun-Luk, J. P. Chabriat, Electrohydro dynamic force Produced by a Wire-to-Cylinder DC Corona Discharge in Air at Atmospheric Pressure, Journal of Physics D Applied Physics,Vol. 46,  No. 47, pp.1-14,2013.
[17] E. Moreau, N. Benard, F. Alicalapa, A. Douyère, Electrohydrodynamic Force Produced by a Corona Discharge between a Wire Active Electrode and Several Cylinder Electrodes. Application to Electric PropulsION, Journal of Electrostatics, Vol.76, pp.194-200, 2015.
[18] C. K. Gilmore, S. R. H. Barrett, Electrohydrodynamic Thrust Density Using Positive Corona-induced Ionic Winds for in-Atmosphere Propulsion, Proceedings of Royal Society A, Vol. 471, No. 2175,  pp. 1-24, 2015.
[19] H. Shibata, Y. Watanabe, K. Suzuki, Performance Prediction of Electrohydrodynamic Thrusters by the Perturbation Method, Physics of Plasmas, Vol. 23, No. 5, pp. 1-7.2016.
[20] I. Monrolin, F. Plouraboune, O. Praud, Electrohydrodynamic Thrust for in Atmosphere Propulsion, AIAA J ,Vol.55,pp. 4296-4305 ,2017.