Численное моделирование диэлектрического барьерного разряда в воздухе

Abstract

Целью данной работы является разработка новой численно-аналитической модели, которая позволяет качественно и количественно воспроизводить процессы диэлектрического барьерного разряда при работе плазменного актуатора. Данная модель включает описание нестационарных электродинамических процессов, кинетических явлений и плазмохимических реакций. Реализован единый неявный численный алгоритм для эффективного решения неоднородной системы исходных уравнений. Основной особенностью разработанной численно-аналитической модели является использование рационального количества уравнений для описания всех основных нестационарных параметров диэлектрического барьерного разряда в воздухе. Получено зарождение и развитие стримера для реальных конфигураций плазменных актуаторов на основе данной модели. Разработанная модель диэлектрического барьерного разряда предназначена для адекватного воспроизведения силы Лоренца, действующей на турбулентный поток частично ионизированного воздуха, в широком диапазоне амплитуд и частот приложенного напряжения, а также параметров и свойств диэлектрической поверхности.

Метою даної роботи є розробка нової чисельно-аналітичної моделі, яка дозволяє якісно і кількісно відтворювати процеси діелектричного бар'єрного розряду при роботі плазмового актуатора. Дана модель включає опис нестаціонарних електродинамічних процесів, кінетичних явищ і плазмохімічних реакцій. Реалізовано єдиний неявний чисельний алгоритм для ефективного розв’язання неоднорідної системи вихідних рівнянь. Основною особливістю розробленої чисельно-аналітичної моделі є використання раціональної кількості рівнянь для опису всіх основних нестаціонарних параметрів діелектричного бар'єрного розряду в повітрі. Отримано зародження і розвиток стримера для реальних конфігурацій плазмових актуаторів на основі даної моделі. Розроблена модель діелектричного бар'єрного розряду призначена для адекватного відтворення сили Лоренца, що діє на турбулентний потік частково іонізованого повітря, в широкому діапазоні амплітуд і частот прикладеної напруги, а також параметрів і властивостей діелектричної поверхні.

The aim of this work is to develop a new numerical-analytical model for the qualitative and quantitative simulation of dielectric barrier discharge processes in operation of the plasma actuator. This model includes a description of nonstationary electrodynamic processes, kinetic phenomena and plasma chemical reactions. A uniform implicit numerical algorithm for an efficient solution of the inhomogeneous system of the initial equations was realized. The main feature of the developed numerical-analytical model is the use of a rational number of equations for the description of all the main nonstationary parameters of the dielectric barrier discharge in air. The generation and development of the streamer for a real configuration of the plasma actuators were obtained on the basis of this model. The developed model of the dielectric barrier discharge is designed for an adequate simulation of the Lorentz force acting on the turbulent flow of partially ionized air in a wide range of amplitudes and frequencies of the applied voltage as well as parameters and properties of the dielectric surface