Σχεδιασμός, υλοποίηση και πειραματική μελέτη ελεγκτή αεροδυναμικής ροής βασισμένου σε ηλεκτρικές εκκενώσεις διηλεκτρικού φράγματος
Ο έλεγχος ροής (flow control) είναι ένα θέμα που παρουσιάζει διαρκώς αυξανόμενο επιστημονικό ενδιαφέρον, εξαιτίας της τεράστιας τεχνολογικής και οικονομικής αξίας του, ιδιαίτερα σε τομείς όπως η αεροδιαστημική και η αεροναυπηγική. Η χρήση συσκευών ψυχρού πλάσματος ατμοσφαιρικής πίεσης για το σκοπό α...
| Κύριος συγγραφέας: | |
|---|---|
| Άλλοι συγγραφείς: | |
| Γλώσσα: | Greek |
| Έκδοση: |
2022
|
| Θέματα: | |
| Διαθέσιμο Online: | https://hdl.handle.net/10889/23914 |
| id |
nemertes-10889-23914 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| institution |
UPatras |
| collection |
Nemertes |
| language |
Greek |
| topic |
Ψυχρό πλάσμα ατμοσφαιρικής πίεσης Εκκενώσεις διηλεκτρικού φράγματος Έλεγχος ροής Ελεγκτής αεροδυναμικής ροής Σωλήνας Pitot Απεικόνιση schlieren Φασματοσκοπία οπτικής εκπομπής Υψηλές τάσεις Atmospheric pressure cold plasma Dielectric barrier discharges Flow control Plasma actuator Pitot tube Schlieren imaging Optical emission spectroscopy High voltage |
| spellingShingle |
Ψυχρό πλάσμα ατμοσφαιρικής πίεσης Εκκενώσεις διηλεκτρικού φράγματος Έλεγχος ροής Ελεγκτής αεροδυναμικής ροής Σωλήνας Pitot Απεικόνιση schlieren Φασματοσκοπία οπτικής εκπομπής Υψηλές τάσεις Atmospheric pressure cold plasma Dielectric barrier discharges Flow control Plasma actuator Pitot tube Schlieren imaging Optical emission spectroscopy High voltage Δουδέσης, Χρήστος Σχεδιασμός, υλοποίηση και πειραματική μελέτη ελεγκτή αεροδυναμικής ροής βασισμένου σε ηλεκτρικές εκκενώσεις διηλεκτρικού φράγματος |
| description |
Ο έλεγχος ροής (flow control) είναι ένα θέμα που παρουσιάζει διαρκώς αυξανόμενο επιστημονικό ενδιαφέρον, εξαιτίας της τεράστιας τεχνολογικής και οικονομικής αξίας του, ιδιαίτερα σε τομείς όπως η αεροδιαστημική και η αεροναυπηγική. Η χρήση συσκευών ψυχρού πλάσματος ατμοσφαιρικής πίεσης για το σκοπό αυτό, παρουσιάζει πλειάδα πλεονεκτημάτων έναντι των μηχανικών τους αντιστοίχων. Συνεπώς, έχουν αναπτυχθεί ειδικές διατάξεις πλάσματος για τον έλεγχο ροής, ευρέως γνωστές στη διεθνή βιβλιογραφία με τον όρο «plasma actuators», βασισμένες κατά κύριο λόγο σε εκκενώσεις διηλεκτρικού φράγματος (Dielectric Barrier Discharges - DBDs). Μία τέτοια διάταξη υλοποιείται και υποβάλλεται σε διαφόρων ειδών πειραματικές διαγνωστικές τεχνικές στα πλαίσια της παρούσας διπλωματικής εργασίας. Για την κατασκευή της χρησιμοποιείται εύκαμπτο διηλεκτρικό υλικό (ταινία πολυιμιδίου Kapton®) και ηλεκτρόδια από αγώγιμο μελάνι αργύρου, αποβλέποντας έτσι στη δυνατότητα προσαρμογής της διάταξης πλάσματος σε αεροδυναμικές επιφάνειες, όπως αεροτομές ή πτέρυγες αεροσκαφών. Το πλάσμα συντηρείται μέσω μιας ημιτονοειδούς κυματομορφής υψηλής τάσης ακουστικών συχνοτήτων και υποβάλλεται τόσο σε ηλεκτρικό όσο και σε οπτικό χαρακτηρισμό. Συγκεκριμένα, πραγματοποιούνται διεξοδικές ηλεκτρικές μετρήσεις και μετρήσεις φασματοσκοπίας οπτικής εκπομπής σε περιοχές του υπεριώδους εως του κοντινού υπέρυθρου (UV - NIR) ηλεκτρομαγνητικού φάσματος. Οι περιστροφικές δομές του μορίου του Αζώτου (Ν2) καταγράφονται με υψηλής ανάλυσης φασματοσκοπία οπτικής εκπομπής, και εξάγεται μια εκτίμηση της θερμοκρασίας του αερίου μέσω σύγκρισης των πειραματικών δεδομένων με τα αντίστοιχο αριθμητικά μοντέλα. Το επαγόμενο από το πλάσμα ροϊκό πεδίο μελετάται χωρικά και χρονικά μέσω διάταξης σωλήνα τύπου-Pitot και της τεχνικής της φωτογράφισης schlieren. Τέλος, γίνεται παρατήρηση της καταπόνησης της διάταξης πλάσματος για τον έλεγχο ροής ύστερα από την πολύωρη, συσσωρευτική λειτουργία της υπό υψηλή τάση. |
| author2 |
Doudesis, Christos |
| author_facet |
Doudesis, Christos Δουδέσης, Χρήστος |
| author |
Δουδέσης, Χρήστος |
| author_sort |
Δουδέσης, Χρήστος |
| title |
Σχεδιασμός, υλοποίηση και πειραματική μελέτη ελεγκτή αεροδυναμικής ροής βασισμένου σε ηλεκτρικές εκκενώσεις διηλεκτρικού φράγματος |
| title_short |
Σχεδιασμός, υλοποίηση και πειραματική μελέτη ελεγκτή αεροδυναμικής ροής βασισμένου σε ηλεκτρικές εκκενώσεις διηλεκτρικού φράγματος |
| title_full |
Σχεδιασμός, υλοποίηση και πειραματική μελέτη ελεγκτή αεροδυναμικής ροής βασισμένου σε ηλεκτρικές εκκενώσεις διηλεκτρικού φράγματος |
| title_fullStr |
Σχεδιασμός, υλοποίηση και πειραματική μελέτη ελεγκτή αεροδυναμικής ροής βασισμένου σε ηλεκτρικές εκκενώσεις διηλεκτρικού φράγματος |
| title_full_unstemmed |
Σχεδιασμός, υλοποίηση και πειραματική μελέτη ελεγκτή αεροδυναμικής ροής βασισμένου σε ηλεκτρικές εκκενώσεις διηλεκτρικού φράγματος |
| title_sort |
σχεδιασμός, υλοποίηση και πειραματική μελέτη ελεγκτή αεροδυναμικής ροής βασισμένου σε ηλεκτρικές εκκενώσεις διηλεκτρικού φράγματος |
| publishDate |
2022 |
| url |
https://hdl.handle.net/10889/23914 |
| work_keys_str_mv |
AT doudesēschrēstos schediasmosylopoiēsēkaipeiramatikēmeletēelenktēaerodynamikēsroēsbasismenouseēlektrikesekkenōseisdiēlektrikouphragmatos AT doudesēschrēstos designimplementationandexperimentalstudyofplasmaactuatorbasedondielectricbarrierdischarge |
| _version_ |
1799945008909910016 |
| spelling |
nemertes-10889-239142024-03-08T19:26:50Z Σχεδιασμός, υλοποίηση και πειραματική μελέτη ελεγκτή αεροδυναμικής ροής βασισμένου σε ηλεκτρικές εκκενώσεις διηλεκτρικού φράγματος Design, implementation and experimental study of plasma actuator based on dielectric barrier discharge Δουδέσης, Χρήστος Doudesis, Christos Ψυχρό πλάσμα ατμοσφαιρικής πίεσης Εκκενώσεις διηλεκτρικού φράγματος Έλεγχος ροής Ελεγκτής αεροδυναμικής ροής Σωλήνας Pitot Απεικόνιση schlieren Φασματοσκοπία οπτικής εκπομπής Υψηλές τάσεις Atmospheric pressure cold plasma Dielectric barrier discharges Flow control Plasma actuator Pitot tube Schlieren imaging Optical emission spectroscopy High voltage Ο έλεγχος ροής (flow control) είναι ένα θέμα που παρουσιάζει διαρκώς αυξανόμενο επιστημονικό ενδιαφέρον, εξαιτίας της τεράστιας τεχνολογικής και οικονομικής αξίας του, ιδιαίτερα σε τομείς όπως η αεροδιαστημική και η αεροναυπηγική. Η χρήση συσκευών ψυχρού πλάσματος ατμοσφαιρικής πίεσης για το σκοπό αυτό, παρουσιάζει πλειάδα πλεονεκτημάτων έναντι των μηχανικών τους αντιστοίχων. Συνεπώς, έχουν αναπτυχθεί ειδικές διατάξεις πλάσματος για τον έλεγχο ροής, ευρέως γνωστές στη διεθνή βιβλιογραφία με τον όρο «plasma actuators», βασισμένες κατά κύριο λόγο σε εκκενώσεις διηλεκτρικού φράγματος (Dielectric Barrier Discharges - DBDs). Μία τέτοια διάταξη υλοποιείται και υποβάλλεται σε διαφόρων ειδών πειραματικές διαγνωστικές τεχνικές στα πλαίσια της παρούσας διπλωματικής εργασίας. Για την κατασκευή της χρησιμοποιείται εύκαμπτο διηλεκτρικό υλικό (ταινία πολυιμιδίου Kapton®) και ηλεκτρόδια από αγώγιμο μελάνι αργύρου, αποβλέποντας έτσι στη δυνατότητα προσαρμογής της διάταξης πλάσματος σε αεροδυναμικές επιφάνειες, όπως αεροτομές ή πτέρυγες αεροσκαφών. Το πλάσμα συντηρείται μέσω μιας ημιτονοειδούς κυματομορφής υψηλής τάσης ακουστικών συχνοτήτων και υποβάλλεται τόσο σε ηλεκτρικό όσο και σε οπτικό χαρακτηρισμό. Συγκεκριμένα, πραγματοποιούνται διεξοδικές ηλεκτρικές μετρήσεις και μετρήσεις φασματοσκοπίας οπτικής εκπομπής σε περιοχές του υπεριώδους εως του κοντινού υπέρυθρου (UV - NIR) ηλεκτρομαγνητικού φάσματος. Οι περιστροφικές δομές του μορίου του Αζώτου (Ν2) καταγράφονται με υψηλής ανάλυσης φασματοσκοπία οπτικής εκπομπής, και εξάγεται μια εκτίμηση της θερμοκρασίας του αερίου μέσω σύγκρισης των πειραματικών δεδομένων με τα αντίστοιχο αριθμητικά μοντέλα. Το επαγόμενο από το πλάσμα ροϊκό πεδίο μελετάται χωρικά και χρονικά μέσω διάταξης σωλήνα τύπου-Pitot και της τεχνικής της φωτογράφισης schlieren. Τέλος, γίνεται παρατήρηση της καταπόνησης της διάταξης πλάσματος για τον έλεγχο ροής ύστερα από την πολύωρη, συσσωρευτική λειτουργία της υπό υψηλή τάση. Flow control is a topic exhibiting a constantly increasing scientific interest, due to its tremendous technological and economic value, especially in fields such as aerospace and aeronautics. The use of atmospheric pressure, cold plasma devices for this cause, presents numerous advantages compared to their mechanical counterparts. Consequently, special plasma devices for flow control, widely known in literature by the term «plasma actuators», have been developed and are principally based on Dielectric Barrier Discharges (DBDs). A device of this kind is implemented and experimentally tested by means of various diagnostic techniques in the framework of this master thesis. For its construction, a flexible dielectric material (Kapton® polyimide film) and silver conductive paint electrodes are used, thus providing the plasma device with the ability to be mounted on aerodynamic surfaces, such as airfoils or aircraft wings. The plasma is sustained by an audio frequency, high voltage sinusoidal waveform and is submitted to both electrical and optical characterization. Specifically, thorough electrical measurements and optical emission spectroscopy measurements are conducted in the ultraviolet – near-infrared (UV – NIR) regions of the electromagnetic spectrum. The rotational structures of the Nitrogen (N2) molecule are recorded via high resolution optical emission spectroscopy and a gas temperature estimate is made by comparing the experimental results to the corresponding numerical models. The plasma-induced flow field is studied spatially and temporally with a Pitot-type tube and the schlieren imaging technique. Finally, the results of the plasma device’s aging are evaluated after its accumulative operation under the influence of high voltage for a significant amount of time. 2022-11-14T10:31:33Z 2022-11-14T10:31:33Z 2022-03-17 https://hdl.handle.net/10889/23914 gr application/pdf |
