دانش و فناوری هوافضا

دانش و فناوری هوافضا

شبیه‌سازی عددی تأثیر دما، رطوبت و باد جانبی بر تخلیه پلاسمای کرونا در پیکربندی سیم-استوانه

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
روح الله خوشخو 1
رضا کرامتیان 2
معصومه آقایی ملک آبادی 2
1 استادیار، مهندسی هوافضا، گرایش آیرودینامیک، مجتمع دانشگاهی هوافضا، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، ایران
2 دانشجوی کارشناسی ارشد، مهندسی هوافضا، گرایش آیرودینامیک، مجتمع دانشگاهی مکانیک، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، ایران
چکیده
امروزه، استفاده از تکنولوژی‌ پلاسما جهت کاهش صدای‌ هواپیما، افزایش اختفاء راداری، کاهش آلودگی زیست ‌محیطی، افزایش سرعت وسایل پرنده و افزایش راندمان در مصرف انرژی جزء اهداف اصلی صنعت هوایی می‌باشد. یکی از اقسام پیشران پلاسما، استفاده از تخلیه پلاسمای کرونا است که از دو الکترود با شعاع‌های متفاوت تشکیل شده است. تحقیق حاضر برروی یک پیکربندی سیم-استوانه تخلیه‌ی کرونا صورت گرفته و مورد اعتبارسنجی قرار گرفته است. سپس تاثیر زاویه حمله بین دو الکترود روی تخلیه‌ی کرونا بررسی شد. نتایج به دست آمده، حاکی از آن است که افزایش میزان باد جانبی می­تواند میزان ضریب اثربخشی تخلیه کرونا را تا 50 درصد در ولتاژ ثابت، کاهش دهد. در نهایت، دراین تحقیق، تأثیر رطوبت و دما بر تخلیه کرونا مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج عددی نشان می­دهد، با افزایش میزان درصد رطوبت و دما، میزان ضریب اثربخشی، توان مصرفی و میزان نیروی پیشران نیز افزایش محسوسی می­یابد. در ولتاژ ثابت 10 کیلو ولت، با افزایش 75 درصدی میزان رطوبت، میزان راندمان تا حدود 58 درصد و با افزایش30 درجه­ای دما، میزان راندمان تا 60 درصد می­تواند افزایش یابد.
کلیدواژه‌ها
عملگر پلاسمای کرونا
شبیه سازی عددی
تأثیر باد جانبی
نیروی پیشران
رطوبت
دما

موضوعات

عنوان مقاله English

Numerical simulation of the effect of temperature, humidity and lateral Wind on corona plasma discharge in wire-cylinder configuration

نویسندگان English

Roohallah Khoshkhoo 1
Reza Keramatian 2
Masoumeh Aghaei Malekabadi 2
1 Assistant Professor, Aerospace Engineering-Aerodynamics, Faculty of Aerospace Engineering, Malek Ashtar University of Technology, Iran
2 MSc. Student, Aerospace Engineering-Aerodynamics, Faculty of Mechanical Engineering, Malek Ashtar University of Technology, Iran
چکیده English

Today, utilizing plasma technology to reduce aircraft noise, enhance radar stealth, diminish environmental pollution, increase the speed of flying vehicles, and improve energy efficiency are among the primary objectives of the aviation industry. One type of plasma propulsion involves using corona discharge, which consists of two electrodes with different radii. The current study focuses on a wire-cylinder configuration of corona discharge and has been validated. Then, the effect of the attack angle between the two electrodes on the corona discharge was examined. The results indicate that an increase in lateral wind can reduce the effectiveness of corona discharge by up to 50 percent at a constant voltage. Finally, this research investigates the impact of humidity and temperature on corona discharge. Numerical results show that with an increase in humidity percentage and temperature, the efficiency coefficient, power consumption, and thrust significantly increase. At a constant voltage of 10 kilovolts, a 75 percent increase in humidity can enhance efficiency by about 58 percent, and a 30-degree increase in temperature can increase efficiency by up to 60 percent.

کلیدواژه‌ها English

Corona Plasma Actuator
Numerical Simulation
Lateral Wind Effect
Thrust
Humidity
Temperature
[1] A.P. Chattock, W.E. Walker & E.H.IV, Dixon. On the specific velocities of ions in the discharge from points. Phil. Magazine, vol 1, pp.79–98, 1901.
[2] F. Hauksbee, Physico-Mechanical Experiments on Various Subjects, First Edition, London: Brugis, pp. 46-47, 1709.
[3] Paria Sattari, Dr. K. Adamiak, Dr. G.S.P. Castle, FEM-FCT Based Dynamic Simulation of Trichel Pulse Corona Discharge in Point-Plane Configuration, Graduate Program in Electrical and Computer Engineering, The University of Western Ontario, August 2011.
[4]G.W.Trichel, The mechanism of the positive point-to-plane corona in air at atmospheric pressure ,Physics Review , Vol .55 , Issue .4, pp.382-390, 1938 .
[5] D. J. Harney, An Aerodynamic Study of the Electric Wind, PhD Thesis, California Institute of Technology, Pasadena, CA, USA,1957.
[6] E.A. Christenson, P.S. Moller, Ion-Neutral Propulsion in Atmospheric Media, AIAA Journal, Vol. 5, No. 10, 2012.
[7] 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.
[8] L.Zhao, K. Adamiak, EHD flow in air produced by electric corona discharge in pin–plate configuration, Journal of Electrostatics, vol.63, Issue.3-4, pp. 337-350, 2005.
[9]M. Rickard, D.Dunn-Rankin, F .Weinberg, and F .Carleton, Characterization of ionic wind velocity, Journal of Electrostatics, Vol.63, Issue 6-10, pp.711-716, 2005.
[10] 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.
 [11] 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.
[12] 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.
 [13] W. Wang, L. Yang, K. Wu, C. Lin, P. Huo, S. Liu, D. Huang, M. Lin., Regulation-controlling of boundary layer by multi-wire-to-cylinder negative corona discharge, Applied Thermal Engineering, Vol. 119, pp.438-448, 2017.
[14] B. Lu, Q. Feng, and H. Sun, The Effect of Environmental Temperature on Negative Corona Discharge Under the Action of Photoionization, IEEE transactions on plasma science, Vol. 47, NO. 1, 2019.
[15] A. Fathi, M. Ahangar, Numerical simulation of electrohydrodynamic flow produced by wire-to-cylinder in atmospheric condition, Modares Mechanical Engineering, Vol. 18, No. 02, pp. 323-330, 2018 (in Persian).
[16] X. Yan, D. Sun, Corona Discharge behavior in Foggy Enviroments with Flat Plate and Fin Plate Electrodes, Journal of Chemical Engineering Science, Vol. 259, No. 117790, pp.1-12, 2022.
[17] S. Zahmatkesh Pasand, S. K. Ghaemi Osgouie, S. Karimian Aliabadi, M. Moshfeghi, Numerical Study on the Effect of Weather Parameters on Corona Discharge Performance in a Horizontal Axis Wind Turbine, International Journal of Nonlinear Analysis Applied, Vol 14, No.12, pp. 187-196, 2023.
[18] F. W. Peek, Dielectric Phenomena in High Voltage Engineering, pp. 8-38, New York: McGraw-Hill Book Company, 1920
[19] C. G. Petra, O. Schenk, M. Anitescu, Real-Time Stochastic Optimization of Complex Energy Systems on High-Performance Computers, IEEE Computing in Science & Engineering, Vol. 16, No. 5, pp. 32-42, 2014.
دانش و فناوری هوافضا
دوره 14، شماره 1
شهریور 1404
صفحه 151-173