Разработка, создание и исследование системы формирования мощного электрогидродинамического потока на основе высокочастотного барьерного разряда в газе

• Автор: Небогаткин, Сергей Вячеславович
• Шифр специальности: 01.04.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 130 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
1.1. Характеристики коронного разряда
1.1.1. Электрический ветер при коронном разряде в промежутке с одиночным острием
1.1.2. Ионный ветер в системе двух проволочных электродов
1.1.3. Оптимальные геометрические параметры многоэлектродной системы коронного разряда
1.1.4. Электрический ветер при многоострийном коронирующем электроде
1.2. Применение барьерного разряда для создания
электрогидро динамических потоков в газе
1.2.1. Электрический ветер получаемый с помощью поверхностного барьерного разряда
1.2.2. Создание электрогидродинамического потока с помощью диэлектрического барьерного разряда
1.2.3. Формирование электрогидродинамического потока с помощью высокочастотного барьерного разряда
1.3. Источники питания диэлектрического барьерного разряда и влияние
их параметров на работу плазменных актьюаторов
1.4. Постановка задачи исследования
ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ФОРМИРОВАНИЯ
ЭЛЕКТРОГИДРОДИНАМИЧЕСКОГО ПОТОКА НА ОСНОВЕ БАРЬЕРНОГО РАЗРЯДА
2.1. Выбор схемы конструкции для исследования электрогидродинамических потоков в газе
2.2. Теоретическая модель электрогидродинамического потока

2.3. Расчет основных параметров электрогидродинамического потока на основе барьерного разряда
2.4. Математическое моделирование и анализ
2.5. Расчет скоростного напора в ЭГД-потоке
2.6. Компьютерная симуляция образования ЭГД потока
ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ
ИССЛЕДОВАНИЯ ЭЛЕКТРОГИДРОДИНАМИЧЕКОГО ПОТОКА НА ОСНОВЕ ВЫСОКОЧАСТОТНОГО БАРЬЕРНОГО РАЗРЯДА
3.1. Расчет параметров высокочастотного генератора высокого напряжения
3.2. Высоковольтный генератор напряжения синусоидальной формы
3.3. Высоковольтный генератор с перестраиваемой частотой и длительностью импульсов
3.4. Описание экспериментальной установки
ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
ЭЛЕКТРОГИДРОДИНАМИЧЕКОГО ПОТОКА НА ОСНОВЕ ВЫСОКОЧАСТОТНОГО БАРЬЕРНОГО РАЗРЯДА
4.1. Установка с генератором высокого напряжения синусоидальной формы
4.2. Установка с высоковольтным генератором импульсов прямоугольной формы с перестраиваемой частотой и длительностью
4.3. Устройство для прокачки газовых смесей электроразрядных лазеров..
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Физическое явление коллективного движения газа, возникающего в результате образования потока ионов, дрейфующих в поле коронного разряда и передающих свой импульс нейтральным компонентам газовой среды при столкновениях, исторически получило название - электрический ветер [1-12]. Традиционно электрический ветер применяется в аппаратах электрон-ионных технологий [13], в электрофильтрах для очистки газовых сред [14, 15, 16], в устройствах для электроокраски и нанесения покрытий на материалы [17], а так же в системах электрической прокачки газов [10, 18].
В последние годы к изучению этого явления, которое в научной литературе стали часто называть электрогидродинамическим (ЭГД) эффектом, проявляется повышенный интерес. Это обусловлено возможностью формирования скоростных газовых потоков без использования электромеханических систем таких, как турбины и вентиляторы [10].
С ЭГД эффектом связана перспективная атмосферная плазменная технология со многими потенциальными применениями в аэронавтике, позволяющая управлять воздушным потоком у поверхности крыла, уменьшая лобовое сопротивление и затрудняя переход к турбуленции [19, 20].
В космической технике электродинамический поток применяется для сдува пузырей с фильтрующих сеток топливных каналов, в разработках электроракетных двигателей и безлопаточных электрогидронасосов [21].
В компьютерной технике ЭГД потоки могут быть применены для отвода тепла при охлаждении компьютерных чипов в современных высокомощных вычислительных системах [5, 12, 22, 23].
В лазерной технике ЭГД системы используются для прокачки рабочей смеси в электроразрядных газовых лазерах [18]. Преимущество электрической прокачки перед механической заключается в том, что она не имеет движущихся и трущихся частей и связанных с ними причин отказа из-за изнашивания ротора или тепловой и механической усталости вентиляторов, а также целый ряд других преимуществ [24].

1.2.2. Создание электрогидродинамического потока с помощью диэлектрического барьерного разряда
В большинстве случаев электронный ветер, получаемый с помощью диэлектрического барьерного разряда (ДБР), называют электрогидро-динамический потоком [70-76]. Основными преимуществами ДБР перед КР являются: стабильность, независимость от атмосферных условий и низкая эрозия электродов. Одним из способов создания ЭГД-потока является использование высокочастотного и постоянного напряжений разряда.
Конструкция трех электродного ЭГД-актьюатора предложена в работе [77], а ее схематичное изображение представлено на рисунке 1.19. Она имела плоскую геометрию и состояла из двух открытых с одной стороны электродов и одного дополнительного изолированного электрода с обратной стороны диэлектрика. В этом варианте плазменного актьюатора высокочастотное напряжение (синусоидальной формы, амплитудой до 12 кВ и частотой 11,7 кГц) прикладывалось к одному электроду (1), а постоянное (±20 кВ) к электродам (2) и (3). В результате на поверхности диэлектрика между электродами (1) и (2) возникает ДБР.
В экспериментах измерялись ток через источник постоянного высокого напряжения и скорость потока в пространстве над промежутком между электродами (1) и (3) [77].
Измерения скорости потока показали что при приложении высокочастотного напряжения к электроду (1) и заземлении электродов (2) и (3), возникает воздушный поток, направленный в сторону заземленных электродов (скорость потока достигала 4 м/с с толщиной профиля до 2 мм).
Объемный расход составил около 8-10 -2л/с на 1 см длины эмиттера. При одновременной подаче высокого переменного и постоянного напряжений на электроды (1) и (2), (3), соответственно, была измерена скорость потока 4 м/с, но с толщиной профиля 3 мм. Объемный расход составил 0.1 л/с на 1 см длины эмиттера. Амплитуда тока ДБР составила 10 мА [77].