Dissertação

{en_GB=Characterization of DBD Plasma Actuator performance under external flow: Phase-resolved body force field estimation} {} EVALUATED

{pt=O presente trabalho investiga experimentalmente o mecanismo de força de um actuador de plasma na presença de escoamento externo, são realizadas ainda medições elétricas para caracterizar a sua descarga. Um sistema de velocimetria de imagem de partículas é sincronizado com os eventos de descarga de plasma por forma a obter os campos de velocidade resolvidos na fase com e sem escoamento externo. A potência consumida e a corrente são adquiridas para cada velocidade considerada de escoamento externo. Posteriormente, os campos de força resolvidos no tempo e na fase são determinados e analisados através de dois métodos distintos, com base nas equações de Navier-Stokes e com base na equação de vorticidade. O consumo de energia é estimado de acordo com o método da carga elétrica. Os campos de força resolvidos no tempo e na fase determinados com as equações de Navier-Stokes parecem resultar numa simplificação excessiva, no entanto o método baseado nas equação de vorticidade é aplicável quando se opera na presença de escoamento externo. Verificou-se que a discretização do ciclo de descarga tem um impacto significativo na força resolvida na fase, no entanto a influência é mínima na força resolvida no tempo. As medições eléctricas indicam uma tendência do consumo de potência praticamente constante, tendo em conta o desvio padrão. A análise do sinal de corrente verifica-se ser independente da velocidade do escoamento externo. Por último, a correlação entre a potência consumida e magnitude da força refletem-se numa tendência crescente da eficiência de mecânica de fluidos do actuator de plasma., en=The present study experimentally investigates the forcing mechanism of an AC dielectric-barrier-discharge plasma actuator under the influence of external airflow. In addition, electrical measurements are performed to characterize the discharge phenomena. A particle image velocimetry system is synchronized with the plasma-discharge events, in order to extract the velocity information on the phase-resolved plasma discharge in quiescent air and under the operation in the presence of an external airflow. The power consumption and current signals are acquired for each operating free-stream velocity. Subsequently, time-averaged and phase-resolved body-force fields are determined and analysed using two established methods, either based on the Navier-Stokes equations or a vorticity-equation-based approach. The power consumption is estimated according to the electric-charge method. The time-averaged and phase-resolved plasma body-force fields determined with the Navier-Stokes equations seems to result in an oversimplification whilst the vorticity-equation-based method is found to be applicable when operating with external airflow. The phase resolution is found to have a significant impact on the phase-resolved unsteady term calculation, however meaningless influence on the time-averaged volume integrated force. Regarding the electrical measurements, the results indicate that the power-consumption progression for the operating free-stream velocities is rather unclear. However, due to the standard deviation it is assumed virtually constant. The current-signal analysis evidenced the signal distribution to be similar for different operating free-stream velocities. The correlation between electrical and mechanical characterization reflected only a mild variation of the fluid-mechanic effectiveness which translates into an increasing fluid-mechanic efficiency of the plasma actuator. }
{pt=actuador de plasma, descarga, campo de forças, escoamento externo, resolvido na fase, resolvido no tempo, en=plasma actuator, discharge, body-force field, external airflow, time-averaged, phase-resolved}

Novembro 22, 2019, 14:0

Orientação

ORIENTADOR

Jochen Kriegseis

Karlsruhe Institute of Technology

Senior Scientist

ORIENTADOR

Ricardo Balbino Santos Pereira

Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)

Professor Auxiliar Convidado