Управление отрывом потока воздуха на цилиндре с помощью плазменных актуаторов

Abstract

Целью работы является разработка подхода к моделированию диэлектрического барьерного разряда при работе плазменного актуатора в подвижной сплошной среде. На основе физической модели диэлектрического барьерного разряда построена математическая модель, описывающая нестационарные электро- и аэродинамические процессы при работе плазменного актуатора. С помощью метода контрольного объема разработан численный алгоритм решения уравнений электродинамики плазмы вместе с уравнениями динамики вязкой несжимаемой жидкости, включая турбулентность, в криволинейной системе координат на подвижных сетках для моделирования диэлектрического барьерного разряда. Показана возможность уменьшения коэффициента сопротивления цилиндра с помощью плазменного актуатора за счет подавления вихревой дорожки Кармана. Полученные результаты обтекания цилиндра для случая с выключенными и включенными плазменными актуаторами удовлетворительно совпадают с экспериментальными данными. Данный подход применим к моделированию динамики низкоскоростных потоков жидкости и газа при наличии электростатического поля. Предложенная методика учитывает физические особенности рассматриваемого класса задач и обладает высокой вычислительной эффективностью.

Метою роботи є розробка підходу до моделювання діелектричного бар'єрного розряду при роботі плазмового актуатора в рухомому суцільному середовищі. На основі фізичної моделі діелектричного бар'єрного розряду побудована математична модель, що описує нестаціонарні електро- і аеродинамічні процеси при роботі плазмового актуатора. За допомогою методу контрольного об'єму розроблено чисельний алгоритм розв'язання рівнянь електродинаміки плазми разом з рівняннями динаміки в'язкої нестисливої рідини, включаючи турбулентність, в криволінійній системі координат на рухомих сітках для моделювання діелектричного бар'єрного розряду. Показана можливість зменшення коефіцієнта опору циліндра за допомогою плазмового актуатора за рахунок пригнічення вихрової доріжки Кармана. Отримані результати обтікання циліндра для випадку з вимкненими і включеними плазмовими актуаторами задовільно збігаються з експериментальними даними. Даний підхід застосовується до моделювання динаміки низькошвидкісних потоків рідини і газу при наявності електростатичного поля. Запропонована методика враховує фізичні особливості розглянутого класу задач і має високу обчислювальну ефективність.

The research aim is to develop an approach to modeling a dielectric barrier discharge when a plasma actuator is in a mobile continuous medium. Based on a physical model of the dielectric barrier discharge, the mathematical model describing the transient electric and aerodynamic processes in operation of the plasma actuator is built. A numerical algorithm for solving the equations of plasma electrodynamics and equations of a viscous incompressible flow, including turbulence, in curvilinear coordinates on moving grids for modeling the dielectric barrier discharge is developed using the control volume method. The possibility of reducing the drag coefficient of the cylinder is demonstrated using the plasma actuators by suppressing the Karman vortex street. The obtained results of the flow around a cylinder for the case of turned on/off plasma actuators agree closely with the experimental data. This approach is applicable to the simulation of the dynamics of the fluid flow and low-speed gas in the presence of an electrostatic field. The proposed technique takes into account the physical features of the class of problems under consideration and has a high computational efficiency.