プラズマ流の能動制御コンセプトに基づいたプラズマアクチュエータの最適設計

基于等离子体流主动控制理念的等离子体执行器优化设计

• 批准号: 17J07566
• 负责人: 中井 公美
• 金额: $ 1.6万
• 依托单位: Tokyo University of Agriculture and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2017
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2017-04-26 至 2020-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17J07566/
• 关键词: プラズマアクチュエータ; 誘電体バリア放電; 流体制御; プラズマ物理; 数値シミュレーション; プラズマ; バリア放電

本研究では，3電極プラズマアクチュエータにおいて高出力の水平方向ジェットを高効率に生成することを目的とし，電圧印加方法及び素子形状の提案に取り組んだ．3年度目では，体積力生成の観点で重要な化学反応を選択的に考慮した数値モデルを提案するとともに，3電極プラズマアクチュエータの性能向上に寄与する作動特性を解明した．放電プラズマシミュレーションは，実験では計測困難な微小スケールの現象を解析でき，作動メカニズムの解明において要となるツールだが，1，2年度目の研究により，実験結果に対し定量的な差異があることや考慮する化学反応が結果に影響することがわかっている．そこで，化学反応による影響を，従来よりも高い空間及び時間解像度の数値計算によって詳細に解析することで，体積力生成を担うプラズマイオンの生成及び消失過程に支配的な化学反応を明らかした．さらに，工学的観点ではシンプルなモデルであるほど汎用性に優れることから，体積力生成プロセスにおいて重要な役割を担う化学反応を選択的に考慮した数値モデルの提案に成功した．次に，3電極プラズマアクチュエータの性能向上に向けて有用な知見を得るため，異なる放電形態を用いた4種類のアクチュエータの作動特性を，放電プラズマシミュレーションによって統一的に解析した．効率の観点から性能を比較することで，コロナ放電による体積力生成が高い性能に寄与することを突き止めた後，アクチュエータの違いによる体積力生成メカニズムへの影響を調査した．その結果，3電極プラズマアクチュエータはコロナ放電による体積力生成を高効率化する重要な作用を二つ有することを明らかにした．したがって，これらの作用を強化するように素子構成及び印加電圧波形を最適化することで，3電極プラズマアクチュエータのさらなる性能向上を達成できる可能性が示された．本知見はアクチュエータの実用化に大きく役立つものである．

In this study, three electrodes were selected for the purpose of generating high efficiency in the horizontal direction of high output. The method of voltage generation and the proposal of element shape were selected for the purpose of three years. The important point of volume force generation and the selection of chemical reaction were considered for the purpose of three years 3. The performance of electrodes is improved and the actuation characteristics are clarified. The results of the study in 2001 and 2002 are quantitatively different from those of the study in 2002. For example, chemical reactions are influenced by the spatial and temporal resolution of numerical values, and volume forces are generated in the process of formation and disappearance. In this regard, the key point of engineering is to consider the number of successful proposals for the generation of volumetric forces, the importance of service, the role of chemical reactions and the selection of chemical reactions. The third electrode is used to analyze the behavior of the four kinds of electrodes. To investigate the influence of volume force generation on the performance comparison of the two systems. 3. The effect of volume force generation on energy efficiency is significant. The effect of the three electrodes is enhanced, the element composition and the voltage waveform are optimized, and the possibility of achieving the performance of the three electrodes is shown. This knowledge is seen in the implementation of the big five service stand.

项目成果

Body Force Generation Control by Modulating Applied Voltage Waveform in Tri-Electrode Plasma Actuator

三电极等离子体致动器中通过调制施加电压波形控制体力产生

• 发表时间: 2019
• 作者: NAKAI Kumi;HASEGAWA Daichi;HATAMOTO Asami;NISHIDA Hiroyuki
• 通讯作者: NISHIDA Hiroyuki

Experimental Study on Performance Characteristics of Plasma Actuator Composed of DC and AC electrode

直流和交流电极组成的等离子体驱动器性能特性实验研究

• 发表时间: 2019
• 作者: A. Hatamoto;D. Hasegawa;K. Nakai;H. Nishida;and T. Matsuno
• 通讯作者: and T. Matsuno

誘電体バリア放電中における電気流体力学効果の再現を目的としたプラズマシミュレーションモデルの検証

验证等离子体模拟模型，旨在再现介质阻挡放电期间的电流体动力学效应

• 发表时间: 2017
• 作者: H. Nishida;N. Asaumi;Y. Tanaka;中井峻，西田浩之，大塩裕哉，太田康介;長谷川大地，中井公美，中野朝，西田浩之;中野朝，中井峻，西田浩之;中井峻，西田浩之，大塩裕哉，太田康介;中井公美，中野朝，西田浩之;中井公美，中野朝，西田浩之
• 通讯作者: 中井公美，中野朝，西田浩之

3流体モデルに基づく放電プラズマシミュレーションにおける 粒子種及び局所電界近似の影響

基于三流体模型的放电等离子体模拟中粒子种类和局域电场近似的影响

• 发表时间: 2018
• 作者: NAKANO Asa;OSHIO Yuya;NISHIDA Hiroyuki;中井公美，中野朝，西田浩之
• 通讯作者: 中井公美，中野朝，西田浩之

Validation Study of Three-fluid Plasma Modeling of Dielectric Barrier Discharge for Plasma Actuator

等离子体致动器介质阻挡放电三流体等离子体模型的验证研究

• 发表时间: 2018
• 作者: K. Nakai;A. Nakano;H. Nishida
• 通讯作者: H. Nishida