[实用新型]湍流边界层等离子体减阻系统

说明书

本实用新型提供了一种湍流边界层等离子体减阻系统，包括等离子体激励器，所述等离子体激励器包括正电极、电介质层、负电极、封装层和高压等离子体电源，所述负电极封装在所述封装层之内，所述电介质层位于所述封装层、正电极之间，所述高压等离子体电源分别与所述正电极、负电极连接。本实用新型的有益效果是：将等离子体激励器直接安装在平板表面上，通过在正、负电极间施加电压，激励器放电处将产生具有一定速度的展向诱导气流，该诱导气流与来流相互作用产生反向旋转的流向涡结构，以减少壁面受到的空气摩擦阻力，从而降低流动过程中的能量损耗。

技术领域

本实用新型涉及等离子体激励器，尤其涉及湍流边界层等离子体减阻系统。

背景技术

湍流边界层广泛存在于工业生产和生活中，而湍流边界层中的壁面摩擦阻力是造成其能量损失的重要因素，例如，商用客机约50％、潜艇约90％的阻力来源于湍流边界层内壁面摩擦阻力。减小湍流边界层中的壁面摩擦阻力，不仅能带来巨大的经济效益，还能有效缓解能源使用过程中带来的环境污染。因此，研究有效的湍流边界层减阻技术，对工业生产具有重要意义。虽然目前已有多种湍流边界层减阻技术，如吹吸气、壁面变形和振动、流向或展向行波等，但这些技术往往用于局部减阻且难以在工业中实现。等离子体激励器已广泛应用于流动控制中，如流动分离等，然而其在湍流边界层减阻领域极少能取得明显效果，这是由于等离子体激励器在产生展向射流的同时，由于质量守恒会伴随着指向壁面的流动，这些流动会增大壁面处的速度梯度从而产生增阻，因此需要合理布置等离子体的安装方式，才能达到理想的减阻效果。

因此，如何更好的将等离子体激励器应用于流动控制中，以达到减阻目的，是本领域技术人员所亟待解决的技术问题。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本实用新型提供了湍流边界层等离子体减阻系统。

本实用新型提供了一种湍流边界层等离子体减阻系统，包括等离子体激励器，所述等离子体激励器包括正电极、电介质层、负电极、封装层和高压等离子体电源，所述负电极封装在所述封装层之内，所述电介质层位于所述封装层、正电极之间，所述高压等离子体电源分别与所述正电极、负电极连接，所述等离子体激励器直接安装在平板表面上，通过在正、负电极间施加电压，等离子体激励器放电处将产生具有一定速度的展向诱导气流，该展向诱导气流与来流相互作用产生反向旋转的流向涡结构，以减少壁面受到的空气摩擦阻力，从而降低流动过程中的能量损耗。

作为本实用新型的进一步改进，两个产生反向射流的所述等离子体激励器构成了激励器组。

作为本实用新型的进一步改进，所述激励器组中的放电位置之间的距离为60mm。

作为本实用新型的进一步改进，在平板湍流边界层表面布置多组激励器组构成激励器阵列，相邻两组激励器组中相邻的两个正电极间的距离为10mm，所述等离子体激励器在平板湍流边界层中产生的最大展向射流速度的位置距壁面24个无量纲壁面单位，当所述等离子体激励器在平板湍流边界层中取得最大平均减阻量时，所述等离子体激励器产生的最大无量纲展向速度为3.9。

作为本实用新型的进一步改进，所述正电极为直接与外界空气接触的状态，所述负电极为包裹在电介质层和封装层中的状态。

作为本实用新型的进一步改进，所述正电极、负电极均为厚度25μm的铜箔，所述正电极宽度为5mm，所述负电极宽度为15mm。

作为本实用新型的进一步改进，所述正电极、负电极之间的距离为零。

作为本实用新型的进一步改进，所述电介质层包括聚酰亚胺胶带层和聚酯薄膜胶带层，所述聚酰亚胺胶带层位于所述正电极、聚酯薄膜胶带层之间，所述聚酯薄膜胶带层位于聚酰亚胺胶带层、封装层之间。

作为本实用新型的进一步改进，所述聚酰亚胺胶带层的厚度为55μm，所述聚酯薄膜胶带层的厚度为73μm。