[发明专利]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

说明书

本发明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，本发明属于空气动力学、风洞试验技术领域。本发明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。

技术领域

本发明涉及空气动力学、风洞试验技术领域，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。

背景技术

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。

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。

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。

发明内容

为了解决采用PIV技术在近壁区的测量精度较低的问题，本发明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。本发明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。

本发明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。

作为优选实施方式，本发明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。

作为优选实施方式，本发明的上层电极和下层电极采用铜制成；