بررسی عددی تاثیر جانمایی عملگر پلاسما بر روی مشخصه‌های آیرودینامیکی ایرفویل ناکا 0012

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دکتری تخصصی، دانشگاه تهران،تهران، ایران

2 دانشجوی دکتری،دانشگاه جامع امام حسین (ع)،تهران،ایران

3 استادیار،دانشگاه جامع امام حسین (ع)،تهران،ایران

4 کارشناسی ارشد، دانشگاه جامع امام حسین (ع)،تهران،ایران

چکیده

در این مطالعه، اثر پلاسمای تخلیه الکتریکی بر روی جریان سیال حول ایرفویل ناکا 0012 به ازای جانمایی عملگر پلاسما در موقعیت-های 2، 6 و 10 درصد طول وتر نسبت به لبه حمله ایرفویل با شدت‌ پلاسمای 20 میلی‌نیوتن بر متر با استفاده از شبیه‌سازی‌های دو بعدی جریان آیرودینامیکی مورد بررسی قرار گرفته است. جهت اعمال تخلیه پلاسما در این پژوهش از یک UDF در نرم‌افزار استفاده شده است. نتایج نشان می‌دهد که کاربرد عملگر پلاسما می‌تواند سبب تاخیر واماندگی از زاویه حمله 15 درجه به 18 درجه و انتقال زاویه عملکرد بهینه ایرفویل (مطابق با بیشینه نسبت برآ به پسا) به زوایای حمله بالاتر ‌شود (از 8 درجه به 10 درجه)، به طوری‌که جانمایی در نزدیکی ناحیه جدایش (موقعیت 10 درصد) بازدهی آیرودینامیکی بالاتری در زوایای حمله کم‌تر دارد. با این وجود، افت بازدهی عملگر پلاسما در موقعیت 10 درصد نسبت به عملگرهای نزدیک‌تر به لبه حمله در زوایای حمله بالا‌تر از 10 درجه، بیش‌تر است. به علاوه، پتانسیل مثبت کاربرد پلاسما در بازه تغییرات عدد رینولدز مورد بررسی قرار گرفته است، به طوری‌که به کارگیری عملگر پلاسما در اعداد رینولدز 100 هزار، 1 میلیون و 10 میلیون به ترتیب سبب بهبود بازدهی آیرودینامیکی به میزان 16 درصد، 18.9 درصد و 70.2 درصد در زاویه عملکرد بهینه شده است.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Numerical Investigation of Effects of Plasma Actuator Placement on Aerodynamic Parameters of NACA 0012 Airfoil

نویسندگان [English]

  • Navid Fahimi 1
  • Hassan Masoudi-Rad 2
  • Mohammad Ali Vaziri 3
  • mostafa ghadak 4
1 PhD, University of Tehran, Tehran, Iran
2 PhD student, Imam Hossein University, Tehran, Iran
3 Assistant Professor, Imam Hossein University, Tehran, Iran
4 Master's degree, Imam Hossein University , Tehran, Iran
چکیده [English]

In this study, effects of dielectric barrier discharge (DBD) plasma on aerodynamic flow are investigated around NACA 0012 airfoil for plasma placement according to horizontal position close to leading edge based on 2%, 6% and 10% of the chord length with 20 mN/m plasma momentum and a Reynolds number of 106 using 2-D aerodynamic flow simulations. A user-defined function (UDF) source code is developed for application of plasma discharge in this work. Obtained results show that application of plasma actuator results in delay of stall from 15 degree to 18 degree angle of attack (AOA) and aerodynamic efficiency toward higher AOAs (from 8 degree to 10 degree); where plasma placement close to separation region (according to 10% of chord length) has more aerodynamic efficiency compared to smaller AOAs. However, aerodynamic efficiency of 10% placement plasma is decreasing compared to plasma placement closer to leading edge for operation of higher than 10 degrees AOAs. In addition, positive capability of plasma actuator is investigated for wide range of Reynolds number, where plasma actuator results in improvement of aerodynamic efficiency equal to 16%, 18.9% and 70.2% in optimal AOA for Reynolds number of 105, 106 and 107

کلیدواژه‌ها [English]

  • Plasma actuator
  • flow control
  • numerical modeling
  • stall
  • aerodynamic efficiency

Smiley face

مراجع

  1. [C. He, T. C. Corke, and M. P. Patel, "Plasma flaps and slats: an application of weakly ionized plasma actuators," J. of Aircr., vol. 46, no. 3, pp. 864-873, 2009.
  2. Nichols and J. Rovey, "Fundamental processes of DBD plasma actuators operating at high altitude," in 50th AIAA Aerosp. Sci. mtg. incl. the New Hor. Forum and Aerosp. Expo., 2012, p. 822.
  3. Fujii, "Three flow features behind the flow control authority of DBD plasma actuator: Result of high-fidelity simulations and the related experiments," Appl. Sci., vol. 8, no. 4, p. 546, 2018.
  4. Karadag, C. Kolbakir, and A. S. Durna, "Plasma actuation effect on a NACA 4412 airfoil," Aircr. Eng. and Aerosp. Tech., vol. 93, no. 10, pp. 1610-1615, 2021.
  5. Abdelraouf, S. Z. Kassab, and A. M. N. Elmekawy, "Simulations of Flow Separation Control Using Different Plasma Actuator Models," in Fluids Eng. Div. Sumr. Mtg., 2020, vol. 83723: ASME, p. V002T03A047.
  6. Sundaram, S. Sengupta, V. K. Suman, T. K. Sengupta, Y. G. Bhumkar, and R. K. Mathpal, "Flow control using single dielectric barrier discharge plasma actuator for flow over airfoil," Phys Fluid.s, vol. 34, no. 9, p. 095134, 2022.
  7. Sekimoto et al., "Flow Control around NACA0015 Airfoil Using a Dielectric Barrier Discharge Plasma Actuator over a Wide Range of the Reynolds Number," in Actuators, 2023, vol. 12, no. 1: MDPI, p. 43
  8. C. Enloe et al., "Mechanisms and responses of a dielectric barrier plasma actuator: Geometric effects," vol. 42, no. 3, pp. 595-604, 2004.
  9. Orlov, T. Corke, and M. Patel, "Electric circuit model for aerodynamic plasma actuator," in 44th AIAA Aerosp. Sci. Mtg. and Ex., 2006, p. 1206.
  10. Forte, J. Jolibois, J. Pons, E. Moreau, G. Touchard, and M. Cazalens, "Optimization of a dielectric barrier discharge actuator by stationary and non-stationary measurements of the induced flow velocity: application to airflow control," Exp. in fluids, vol. 43, no. 6, pp. 917-928, 2007.
  11. Enloe, T. E. McLaughlin, R. D. VanDyken, K. Kachner, E. J. Jumper, and T. C. Corke, "Mechanisms and responses of a single dielectric barrier plasma actuator: plasma morphology," AIAA journal, vol. 42, no. 3, pp. 589-594, 2004
  12. O. Thomas, T. C. Corke, M. Iqbal, A. Kozlov, and D. Schatzman, "Optimization of dielectric barrier discharge plasma actuators for active aerodynamic flow control," AIAA journal, vol. 47, no. 9, pp. 2169-2178, 2009.
  13. M. Orlov, Mod. and sim. of SDBD plasma actuators. 2006.
  14. Porter, J. Baughn, T. McLaughlin, L. Enloe, and G. Font, "Temporal force measurements on an aerodynamic plasma actuator," in 44th AIAA Aerosp. Sci. Mtg. and Ex., 2006, p. 104.
  15. Corke and M. Post, "Overview of plasma flow control: concepts, optimization, and applications," in 43rd AIAA aerosp. sci. mtg. and ex., 2005, p. 563.
  16. Zhang, L. Huaxing, Y. Huang, T. Kun, and W. Wanbo, "Leading-edge flow separation control over an airfoil using a symmetrical dielectric barrier discharge plasma actuator," Chinese J. of Aeronaut., vol. 32, no. 5, pp. 1190-1203, 2019.
  17. Zhang, H.-X. Li, Y. Huang, and W.-B. Wang, "Wing flow separation control using asymmetrical and symmetrical plasma actuator," J. of Aircr., vol. 54, no. 1, pp. 301-309, 2017.
  18. Gad-el-Hak, "Flow control," 1989.
  19. S.-S. Taleghani, A. Shadaram, and M. Mirzaei, "Experimental Investigation of Active Flow Control for Changing Stall Angle of a NACA0012 Airfoil, Using Plasma-Actuator," Fluid Mech. and Aerodyn. J., vol. 1, pp. 89-97, 2012 (in Persian).
  20. Galbraith, M. Gracey, and E. Leitch, "Summary of Pressure Data for Thirteen Aerofoils on the University of Glasgow's Aerofoil Database. GU Aero Report 9221," 1992.
  21. McCroskey, "A critical assessment of wind tunnel results for the NACA 0012 airfoil," 1987.
  22. Couto and J. M. Bergada, "Aerodynamic efficiency improvement on a NACA-8412 airfoil via active flow control implementation," Appl. Sci., vol. 12, no. 9, p. 4269, 2022.
  23. -F. Zou, D.-Y. Wang, and Z.-H. Cai, "Effects of boundary layer and liquid viscosity and compressible air on sloshing characteristics," Int. J. of Nav. Archit., vol. 7, no. 4, pp. 670-690, 2015.
مکانیک سیالات و آیرودینامیک
دوره 12، شماره 1 - شماره پیاپی 31
بهار و تابستان 1402
شهریور 1402
صفحه 65-78

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 11 مهر 1402
  • تاریخ بازنگری: 29 آذر 1402
  • تاریخ پذیرش: 29 دی 1402
  • تاریخ انتشار: 01 فروردین 1403

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار