基于介质阻挡放电等离子体激励器的流场测量装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了基于介质阻挡放电等离子体激励器的流场测量装置和方法，本发明专利技术属于空气动力学、风洞试验技术领域。本发明专利技术提出的装置能够在采用PIV技术开展等离子体激励器的流场特性研究时，向近壁面射流区补充PIV技术所用的示踪粒子，消除局部示踪粒子分布不均匀现象，从而确保能够计算出完整的近壁面射流速度场，提高流场测量的准确性和可靠性。提高流场测量的准确性和可靠性。提高流场测量的准确性和可靠性。

【技术实现步骤摘要】
基于介质阻挡放电等离子体激励器的流场测量装置和方法


[0001]本专利技术涉及空气动力学、风洞试验
，具体涉及一种基于介质阻挡放电等离子体激励器的流场测量装置和方法。

技术介绍

[0002]近年来，介质阻挡等离子体激励器由于其在飞行器增升减阻、抑振降噪、防冰助燃等方面具有较强的应用前景，受到了国内外学者的广泛关注。介质阻挡放电等离子体激励器由上层电极2、下层电极6、绝缘介质层5及高压激励电源1组成（如图1所示）。上层电极2暴露在空气中，下层电极6被绝缘介质层5覆盖。两层电极与高压激励电源1的两端相连。在高电压的激励下，上层电极2周围的空气被电离，从而形成等离子体3。激励器在工作时会产生准定常的辉光。目前，常用的激励电源主要有正弦交流、微秒脉冲和纳秒脉冲三种电源。在不同高压电源的激励下，上层电极周围的气流会产生不同的变化。
[0003]目前，常采用粒子图像测速技术（Particle Image Velocimetry，PIV）来获取介质阻挡等离子体激励器的诱导流场结构。PIV技术是一种非接触式、整场、瞬时的流场测量技术，目前已广泛应用于各类流场的测量。该技术需要先在待测流场中散布示踪粒子，示踪粒子跟随流体运动，然后用激光等光源照亮示踪粒子，最后使用相机记录极短时间间隔内粒子的位移，进而间接地计算出流场的瞬时速度场。从上述原理可知，使用PIV技术进行测量时必须保证待测区域内分布有足够数量的示踪粒子，对于粒子分布较少的区域将无法准确计算该区域的流场速度分布。
[0004]等离子体激励器通常安装在流动控制对象的表面，在近壁区，由于等离子体激励器诱导热的影响，示踪粒子被排挤到外层空间，使得近壁区出现了示踪粒子空白的现象，导致无法通过PIV技术在近壁区获得较为精确的实验结果。

技术实现思路

[0005]为了解决采用PIV技术在近壁区的测量精度较低的问题，本专利技术提供了一种基于介质阻挡放电等离子体激励器的流场测量装置和方法。本专利技术提出的装置能够在采用PIV技术开展流场特性研究时，向近壁面射流区补充PIV技术所用的示踪粒子，消除局部示踪粒子分布不均匀现象，从而确保能够计算出完整的近壁面射流速度场，提高流场测量的准确性和可靠性。
[0006]本专利技术通过下述技术方案实现：基于介质阻挡放电等离子体激励器的流场测量装置，包括高压激励电源、等离子体激励器、加热层、液体发生器、加热电源、信号发生器和PIV装置；其中，所述高压激励电源为所述等离子体激励器提供驱动电压；所述等离子体激励器用于在流场环境中近壁面诱导产生射流，并通过发烟液体为流场环境中近壁面补充示踪粒子；所述液体发生器用于为所述等离子体激励器提供发烟液体；
所述加热层与所述加热电源连接，所述加热层用于对所述等离子体激励器中的发烟液体进行加热；所述信号发生器输出多通道触发信号，用于控制所述高压激励电源、液体发生器和加热电源的工作状态；所述PIV装置用于采集流场数据。
[0007]作为优选实施方式，本专利技术的等离子体激励器包括上层电极、绝缘介质层、下层电极和润湿性油布；所述上层电极和润湿性油布均位于所述绝缘介质层的外侧，所述下层电极位于所述绝缘介质层的内侧；所述上层电极连接所述高压激励电源的正极，所述下层电极连接所述高压激励电源的负极并接地；所述润湿性油布用于储存所述液体发生器产生的发烟液体，且所述发烟液体能够从所述润湿性油布中含量高的区域向含量低的区域渗透。
[0008]作为优选实施方式，本专利技术的上层电极和下层电极采用铜制成；所述绝缘介质层采用环氧树脂、陶瓷或聚酰亚胺制成。
[0009]作为优选实施方式，本专利技术的上层电极和下层电极为矩形、锯齿形或圆形等结构。
[0010]作为优选实施方式，本专利技术的发烟液体为乙二醇、丙二醇或橄榄油。
[0011]作为优选实施方式，本专利技术的液体发生器位于所述润湿性油布的上方，所述液体发生器向所述润湿性油布一侧补充发烟液体，以保证润湿性油布始终被充分浸润。
[0012]作为优选实施方式，本专利技术的加热层中布满电阻丝，所述加热层能够在所述加热电源的控制下产生高温。
[0013]作为优选实施方式，本专利技术的高压激励电源为交流电源、微秒脉冲电源或纳秒脉冲电源。
[0014]另一方面，本专利技术提出了基于上述流场测量装置的流场测量方法，具体包括：控制粒子发生器向流场环境中散布示踪粒子；示踪粒子遍布流场时，控制PIV装置开始采集流场数据，同时打开信号发生器控制高压激励电源、加热电源和液体发生器工作；高压激励电源工作从而控制等离子体激励器诱导产生射流，加热电源同步工作控制加热层升温，等离子体激励器中的发烟液体在加热下雾化向流场中注入示踪粒子，补充近壁面由于射流出现的粒子空白区，液体发生器同步工作，向等离子体激励器中补充发烟液体；PIV装置获取流场数据完毕，信号发生器输出信号控制高压激励电源、加热电源和液体发生器关闭。
[0015]作为优选实施方式，本专利技术的信号发生器的通道A连接高压激励电源；信号发生器的通道B连接加热电源和液体发生器；信号发生器的输出信号为方波，通道A根据放电模式输出定常/非定常信号控制高压激励电源工作，在高压激励电源整个工作期间通道B输出信号控制加热电源和液体发生器同步工作。
[0016]本专利技术具有如下的优点和有益效果：本专利技术提供的装置在等离子体激励器结构中增加润湿性油布，并结合加热层和液
体发生器，通过加热向近壁面射流区补充示踪粒子，消除局部示踪粒子分布不均匀现象，从而确保能够计算出完整的近壁面射流速度场。
附图说明
[0017]此处所说明的附图用来提供对本专利技术实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本专利技术实施例的限定。在附图中：图1为现有的非对称布局介质阻挡放电等离子体激励器布局示意图。
[0018]图2为本专利技术实施例的装置结构示意图。
[0019]图3为本专利技术实施例的示踪粒子在无诱导射流的流场中分布示意图（激励器关闭）。
[0020]图4为本专利技术实施例的等离子体激励产生近壁面诱导射流导致流场中出现示踪粒子空白区（仅高压激励电源开启）。
[0021]图5为本专利技术实施例的发烟液体在加热作用下蒸发进入近壁面补充示踪粒子（高压激励电源与加热电源开启）。
[0022]图6为本专利技术实施例的定常模式工作波形图。
[0023]图7为本专利技术实施例的非定常模式工作波形图。
[0024]附图中标记及对应的零部件名称：1
‑
高压激励电源，2
‑
上层电极，3
‑
等离子体，4
‑
射流，5
‑
绝缘介质层，6
‑
下层电极， 7
‑
信号发生器，8
‑
润湿性油布，9
‑
加热层，10
‑
液体发生器，11
‑
加热电源， 12
‑
示踪粒子，13
‑
空白区。
具体实施方式
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于介质阻挡放电等离子体激励器的流场测量装置，其特征在于，包括高压激励电源、等离子体激励器、加热层、液体发生器、加热电源、信号发生器和PIV装置；其中，所述高压激励电源为所述等离子体激励器提供驱动电压；所述等离子体激励器用于在流场环境中近壁面诱导产生射流，并通过发烟液体为流场环境中近壁面补充示踪粒子；所述液体发生器用于为所述等离子体激励器提供发烟液体；所述加热层与所述加热电源连接，所述加热层用于对所述等离子体激励器中的发烟液体进行加热；所述信号发生器输出多通道触发信号，用于控制所述高压激励电源、液体发生器和加热电源的工作状态；所述PIV装置用于采集流场数据。2.根据权利要求1所述的基于介质阻挡放电等离子体激励器的流场测量装置，其特征在于，所述等离子体激励器包括上层电极、绝缘介质层、下层电极和润湿性油布；所述上层电极和润湿性油布均位于所述绝缘介质层的外侧，所述下层电极位于所述绝缘介质层的内侧；所述上层电极连接所述高压激励电源的正极，所述下层电极连接所述高压激励电源的负极并接地；所述润湿性油布用于储存所述液体发生器产生的发烟液体，且所述发烟液体能够从所述润湿性油布中含量高的区域向含量低的区域渗透。3.根据权利要求2所述的基于介质阻挡放电等离子体激励器的流场测量装置，其特征在于，所述上层电极和下层电极采用铜制成；所述绝缘介质层采用环氧树脂、陶瓷或聚酰亚胺制成。4.根据权利要求2所述的基于介质阻挡放电等离子体激励器的流场测量装置，其特征在于，所述上层电极和下层电极为矩形、锯齿形或圆形结构。5.根据权利要求2所述的基于介质阻挡放电等离子体激励器的流场测量装置，其特征在于，所述发烟液体为乙二醇、丙二醇或橄榄油。6.根据权利要求2所述的基于介质阻挡放电...

【专利技术属性】
技术研发人员：张鑫，李昌，阳鹏宇，左峥瑜，
申请(专利权)人：中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所，
类型：发明
国别省市：