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等離子體流動控制與輔助燃燒 版權信息
- ISBN：9787030584113
- 條形碼：9787030584113 ; 978-7-03-058411-3
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
等離子體流動控制與輔助燃燒 內容簡介
介紹了等離子體流動控制和助燃的概念、歷史、應用領域、研究方法。重點闡述了表面介質阻擋放電流體力學仿真的模型、計算方法及其與空氣動力學仿真的松耦合計算方法，利用該方法研究了等離子體的單向體積力、體積力耦合、動量傳遞效率等機理，分析了激勵器、激勵電源參數的影響，研究了等離子體控制飛行器翼型流動分離的機理、效果。介紹了5種表面介質阻擋放電等離子體流動控制的唯像學仿真模型和計算方法。針對臨近空間等離子體流動控制，論述了等離子體流動控制實驗的相似準則、實驗原理和方法、PIV實驗技術，介紹了等離子體誘導漩渦、流場的實驗成果，開展了臨近空間放電松耦合模擬和平流層螺旋槳流動控制唯像學仿真計算。采用唯像學方法研究了超燃沖壓發動機中等離子體對燃料噴流、凹腔流場的控制效果，采用松耦合方法研究了爆震發動機的等離子體點火與起爆。
等離子體流動控制與輔助燃燒 目錄
目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 等離子體流動控制 1
1.1.1 等離子體激勵器類型 2
1.1.2 等離子體氣動激勵機理 5
1.1.3 等離子體流動控制實驗研究技術 5
1.1.4 等離子體流動控制數值仿真技術 7
1.1.5 應用領域 9
1.2 等離子體點火與輔助燃燒 11
1.2.1 等離子體點火與輔助燃燒機理 12
1.2.2 等離子體輔助燃燒實驗研究技術 12
1.2.3 等離子體輔助燃燒數值仿真技術 13
1.2.4 應用領域 15
參考文獻 15
第2章 表面介質阻擋放電 21
2.1 等離子體與空氣的能量耦合機理 21
2.1.1 熱量傳輸 21
2.1.2 動量傳輸 21
2.1.3 動量-熱量綜合傳輸 22
2.2 等離子體體積力產生機理 22
2.3 表面介質阻擋放電仿真模型及計算方法 23
2.4 交流激勵表面介質阻擋放電過程 26
2.4.1 電勢-電流密度變化 27
2.4.2 電子數密度變化 27
2.4.3 總電場強度變化 28
2.4.4 體積力耦合機制 31
2.4.5 單向體積力產生機制 32
2.4.6 離子動量傳遞效率 34
2.5 二次電子發射的影響 37
2.5.1 降低放電穩定性 38
2.5.2 造成單側放電 41
2.5.3 增強空間“推-拉”機制 41
2.6 小結 43
參考文獻 44
第3章 表面介質阻擋放電激勵器參數研究 47
3.1 單個激勵器參數研究 47
3.1.1 電極結構的影響 47
3.1.2 電源的影響 53
3.1.3 介質阻擋層的影響 73
3.1.4 磁場的作用 79
3.2 激勵器陣列研究 87
3.2.1 植入電極構型的影響 88
3.2.2 暴露電極電勢關系的影響 93
3.2.3 暴露電極間隙的影響 98
3.3 特殊激勵器研究 99
3.3.1 SDBD合成射流激勵器 99
3.3.2 滑移放電激勵器 106
3.4 小結 116
參考文獻 116
第4章 等離子體流動控制松耦合模擬 119
4.1 等離子體流動控制機理分析 119
4.1.1 低速流動 119
4.1.2 高速流動 120
4.2 仿真模型及驗證 121
4.2.1 計算模型和方法 121
4.2.2 仿真驗證 122
4.3 交流激勵平板邊界層流動控制模擬 123
4.3.1 激勵電源的影響 123
4.3.2 介質阻擋層厚度的影響 131
4.3.3 激勵器陣列流動控制效果 132
4.3.4 合成射流 135
4.4 交流激勵翼型流動控制模擬 137
4.4.1 計算網格和方法 137
4.4.2 計算方法驗證 138
4.4.3 激勵器數量的影響 138
4.4.4 激勵器位置的影響 140
4.4.5 控制力類型的影響 142
4.5 小結 145
參考文獻 146
第5章 等離子體流動控制唯象學模擬 149
5.1 交流激勵SDBD等離子體電荷密度均勻分布模型 149
5.1.1 體積力模型 149
5.1.2 計算網格及邊界條件 149
5.1.3 模型驗證 150
5.2 基于德拜長度的交流激勵SDBD等離子體電荷密度模型 152
5.2.1 體積力模型 152
5.2.2 計算網格及邊界條件 152
5.2.3 模型驗證 153
5.3 電弧放電等離子體唯象學模型 153
5.3.1 放熱模型 153
5.3.2 模型驗證 155
5.4 納秒脈沖SDBD唯象學模型 158
5.4.1 溫度和壓力均勻分布模型及驗證 158
5.4.2 溫度高斯分布模型 161
5.5 集總參數模型 162
5.6 小結 163
參考文獻 163
第6章 臨近空間等離子體流動控制研究 166
6.1 不同氣壓下交流激勵等離子體誘導流場 166
6.1.1 低氣壓密閉環境中等離子體誘導流場PIV實驗技術 166
6.1.2 誘導流場結構特點 167
6.1.3 誘導流動動量特性 169
6.1.4 激勵頻率的影響 171
6.1.5 激勵電壓的影響 173
6.1.6 激勵器電極間隙影響 175
6.2 亞微秒激勵等離子體誘導流場 176
6.2.1 誘導渦發展過程 177
6.2.2 激勵頻率的影響 180
6.2.3 脈沖數量的影響 182
6.2.4 環境壓力的影響 183
6.2.5 粒子空白區 188
6.3 等離子體流動控制實驗相似準則 191
6.3.1 等離子體體積力相似準則 192
6.3.2 等離子體放熱相似準則 194
6.4 地面模擬高空等離子體流動控制的實驗方法及應用 195
6.4.1 實驗方法 195
6.4.2 等離子體誘導流動實驗 196
6.4.3 翼型流動控制實驗 199
6.5 平流層螺旋槳等離子體流動控制的地面實驗方法及應用 201
6.5.1 基于葉素理論的地面實驗方法 201
6.5.2 基于縮比螺旋槳的地面實驗方法 207
6.6 臨近空間等離子體流動控制模擬 211
6.6.1 納秒脈沖放電流動控制松耦合模擬 211
6.6.2 平流層螺旋槳等離子體流動控制唯象學仿真 219
6.7 小結 229
參考文獻 230
第7章 超燃沖壓發動機等離子體輔助燃燒 233
7.1 計算區域及網格劃分 233
7.2 等離子體對燃料噴流的影響 234
7.2.1 噴流流場溫度與壁面壓力分析 235
7.2.2 燃料混合、燃燒特征分析 237
7.2.3 燃燒室總壓損失變化 238
7.2.4 噴流下游燃燒效率的變化 239
7.3 等離子體對凹腔流場的影響 240
7.3.1 激勵強度的影響 240
7.3.2 激勵器數目影響 245
7.3.3 脈沖激勵頻率影響 249
7.3.4 燃燒流場的影響 255
7.4 納秒脈沖SDBD等離子體對凹腔流場的影響 260
7.4.1 等離子體模型及仿真參數 260
7.4.2 凹腔流場特性變化比較 261
7.5 小結 264
參考文獻 264
第8章 爆震發動機等離子體輔助燃燒 266
8.1 等離子體噴嘴概念設計 266
8.1.1 介質阻擋放電助燃噴嘴 266
8.1.2 電弧放電助燃噴嘴 267
8.2 氫-氧預混氣中等離子體放電仿真研究 267
8.2.1 計算模型 268
8.2.2 高壓交流激勵放電 271
8.2.3 納秒脈沖激勵放電 274
8.3 等離子體點火起爆仿真研究 279
8.3.1 物理模型與計算方法 279
8.3.2 仿真結果與分析 282
8.4 等離子體助燃作用下的點火起爆仿真研究 285
8.4.1 流場物理模型與求解方法 286
8.4.2 無等離子體助燃時起爆過程分析 287
8.4.3 施加等離子體助燃時起爆過程分析 288
8.4.4 兩種方式起爆效果對比 290
8.5 小結 294
參考文獻 294
前言
第1章 緒論 1
1.1 等離子體流動控制 1
1.1.1 等離子體激勵器類型 2
1.1.2 等離子體氣動激勵機理 5
1.1.3 等離子體流動控制實驗研究技術 5
1.1.4 等離子體流動控制數值仿真技術 7
1.1.5 應用領域 9
1.2 等離子體點火與輔助燃燒 11
1.2.1 等離子體點火與輔助燃燒機理 12
1.2.2 等離子體輔助燃燒實驗研究技術 12
1.2.3 等離子體輔助燃燒數值仿真技術 13
1.2.4 應用領域 15
參考文獻 15
第2章 表面介質阻擋放電 21
2.1 等離子體與空氣的能量耦合機理 21
2.1.1 熱量傳輸 21
2.1.2 動量傳輸 21
2.1.3 動量-熱量綜合傳輸 22
2.2 等離子體體積力產生機理 22
2.3 表面介質阻擋放電仿真模型及計算方法 23
2.4 交流激勵表面介質阻擋放電過程 26
2.4.1 電勢-電流密度變化 27
2.4.2 電子數密度變化 27
2.4.3 總電場強度變化 28
2.4.4 體積力耦合機制 31
2.4.5 單向體積力產生機制 32
2.4.6 離子動量傳遞效率 34
2.5 二次電子發射的影響 37
2.5.1 降低放電穩定性 38
2.5.2 造成單側放電 41
2.5.3 增強空間“推-拉”機制 41
2.6 小結 43
參考文獻 44
第3章 表面介質阻擋放電激勵器參數研究 47
3.1 單個激勵器參數研究 47
3.1.1 電極結構的影響 47
3.1.2 電源的影響 53
3.1.3 介質阻擋層的影響 73
3.1.4 磁場的作用 79
3.2 激勵器陣列研究 87
3.2.1 植入電極構型的影響 88
3.2.2 暴露電極電勢關系的影響 93
3.2.3 暴露電極間隙的影響 98
3.3 特殊激勵器研究 99
3.3.1 SDBD合成射流激勵器 99
3.3.2 滑移放電激勵器 106
3.4 小結 116
參考文獻 116
第4章 等離子體流動控制松耦合模擬 119
4.1 等離子體流動控制機理分析 119
4.1.1 低速流動 119
4.1.2 高速流動 120
4.2 仿真模型及驗證 121
4.2.1 計算模型和方法 121
4.2.2 仿真驗證 122
4.3 交流激勵平板邊界層流動控制模擬 123
4.3.1 激勵電源的影響 123
4.3.2 介質阻擋層厚度的影響 131
4.3.3 激勵器陣列流動控制效果 132
4.3.4 合成射流 135
4.4 交流激勵翼型流動控制模擬 137
4.4.1 計算網格和方法 137
4.4.2 計算方法驗證 138
4.4.3 激勵器數量的影響 138
4.4.4 激勵器位置的影響 140
4.4.5 控制力類型的影響 142
4.5 小結 145
參考文獻 146
第5章 等離子體流動控制唯象學模擬 149
5.1 交流激勵SDBD等離子體電荷密度均勻分布模型 149
5.1.1 體積力模型 149
5.1.2 計算網格及邊界條件 149
5.1.3 模型驗證 150
5.2 基于德拜長度的交流激勵SDBD等離子體電荷密度模型 152
5.2.1 體積力模型 152
5.2.2 計算網格及邊界條件 152
5.2.3 模型驗證 153
5.3 電弧放電等離子體唯象學模型 153
5.3.1 放熱模型 153
5.3.2 模型驗證 155
5.4 納秒脈沖SDBD唯象學模型 158
5.4.1 溫度和壓力均勻分布模型及驗證 158
5.4.2 溫度高斯分布模型 161
5.5 集總參數模型 162
5.6 小結 163
參考文獻 163
第6章 臨近空間等離子體流動控制研究 166
6.1 不同氣壓下交流激勵等離子體誘導流場 166
6.1.1 低氣壓密閉環境中等離子體誘導流場PIV實驗技術 166
6.1.2 誘導流場結構特點 167
6.1.3 誘導流動動量特性 169
6.1.4 激勵頻率的影響 171
6.1.5 激勵電壓的影響 173
6.1.6 激勵器電極間隙影響 175
6.2 亞微秒激勵等離子體誘導流場 176
6.2.1 誘導渦發展過程 177
6.2.2 激勵頻率的影響 180
6.2.3 脈沖數量的影響 182
6.2.4 環境壓力的影響 183
6.2.5 粒子空白區 188
6.3 等離子體流動控制實驗相似準則 191
6.3.1 等離子體體積力相似準則 192
6.3.2 等離子體放熱相似準則 194
6.4 地面模擬高空等離子體流動控制的實驗方法及應用 195
6.4.1 實驗方法 195
6.4.2 等離子體誘導流動實驗 196
6.4.3 翼型流動控制實驗 199
6.5 平流層螺旋槳等離子體流動控制的地面實驗方法及應用 201
6.5.1 基于葉素理論的地面實驗方法 201
6.5.2 基于縮比螺旋槳的地面實驗方法 207
6.6 臨近空間等離子體流動控制模擬 211
6.6.1 納秒脈沖放電流動控制松耦合模擬 211
6.6.2 平流層螺旋槳等離子體流動控制唯象學仿真 219
6.7 小結 229
參考文獻 230
第7章 超燃沖壓發動機等離子體輔助燃燒 233
7.1 計算區域及網格劃分 233
7.2 等離子體對燃料噴流的影響 234
7.2.1 噴流流場溫度與壁面壓力分析 235
7.2.2 燃料混合、燃燒特征分析 237
7.2.3 燃燒室總壓損失變化 238
7.2.4 噴流下游燃燒效率的變化 239
7.3 等離子體對凹腔流場的影響 240
7.3.1 激勵強度的影響 240
7.3.2 激勵器數目影響 245
7.3.3 脈沖激勵頻率影響 249
7.3.4 燃燒流場的影響 255
7.4 納秒脈沖SDBD等離子體對凹腔流場的影響 260
7.4.1 等離子體模型及仿真參數 260
7.4.2 凹腔流場特性變化比較 261
7.5 小結 264
參考文獻 264
第8章 爆震發動機等離子體輔助燃燒 266
8.1 等離子體噴嘴概念設計 266
8.1.1 介質阻擋放電助燃噴嘴 266
8.1.2 電弧放電助燃噴嘴 267
8.2 氫-氧預混氣中等離子體放電仿真研究 267
8.2.1 計算模型 268
8.2.2 高壓交流激勵放電 271
8.2.3 納秒脈沖激勵放電 274
8.3 等離子體點火起爆仿真研究 279
8.3.1 物理模型與計算方法 279
8.3.2 仿真結果與分析 282
8.4 等離子體助燃作用下的點火起爆仿真研究 285
8.4.1 流場物理模型與求解方法 286
8.4.2 無等離子體助燃時起爆過程分析 287
8.4.3 施加等離子體助燃時起爆過程分析 288
8.4.4 兩種方式起爆效果對比 290
8.5 小結 294
參考文獻 294
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等離子體流動控制與輔助燃燒 節選
第1章 緒論 1.1 等離子體流動控制 等離子體流動控制技術是一項非常有發展潛力的新型技術，在軍用、民用方面均具有廣泛的應用前景，如飛行器機翼增升減阻、激波控制、螺旋槳/旋翼/風力發電機槳葉流動控制、細長錐體大迎角前體渦控制、渦輪壓氣機擴穩、防冰/除冰等。等離子體是由大量帶電粒子組成的非束縛態宏觀體系，它由自由電子、自由離子和中性粒子混合而成，是除固體、液體、氣體之外的第四種物質形態。不帶電的普通氣體在受到外界高能作用后，部分原子中電子吸收的能量超過原子電離能后會脫離原子核而成為自由電子，同時原子因失去電子而成為正離子，就可形成等離子體。 等離子體流動控制技術存在兩種方法和途徑。**種為磁流體動力學（Mag-neto Hydro Dynamics，MHD），即將大功率等離子體發生器產生的高濃度等離子體注入目標氣流中，外加磁場通過等離子體將作用力傳遞給中性氣體以達到所需控制效果；這種方法存在較多缺陷，例如，等離子體發生器功率大，一般需要攜帶工質，同時高強度磁場設備的體積、重量、功耗都很大，這些都限制了MHD等離子體設備的應用。 近年來，等離子體流動控制轉向使用小尺度非平衡等離子體改變邊界層流動，并通過黏性-無黏相互作用來控制主流，這就產生了第二種等離子體控制途徑，即電流體動力學（Electro Hydro Dynamics，EHD），它通過在控制對象表面上設置電極產生強電場，該電場一方面電離空氣產生等離子體，另一方面加速等離子體，使等離子體與中性氣體發生碰撞，從而將動量、動能傳遞到邊界層的中性氣體中，邊界層氣流受此影響，其流動發生變化，進而影響主流，從而達到流動控制的目的。這里稱其為“小尺度”，原因在于與MHD相比，其所需要的或產生的等離子體體積非常小，兩者相差數個量級。“非平衡”指的是等離子體中電子和離子溫度不一致，電子溫度可達上萬開爾文，而離子溫度僅為環境氣體溫度。為了加強控制效果，還可以再增加外部磁場，即電磁流體動力學（Electro Magneto Hydro Dynamics，EMHD）。EHD和EMHD物理學非常復雜，受分析能力的限制，發展很緩慢。實現小尺度非平衡等離子體流動控制技術的一個主要障礙是如何在大氣壓下實現等離子體放電。1933年，von Engle等*先在一個大氣壓空氣中得到直流正常輝光放電，但是他們的方法需要在真空中啟動放電，隨后使氣體壓力逐步增加到一個大氣壓，而且需要對陰極進行大量冷卻，以防止輝光放電變成電弧放電。由于存在輝光-電弧放電轉化，這種放電是不穩定的，很少在工業或實驗室中應用。1995年美國田納西大學Roth等（1998）在電極上使用射頻電源，從而可以在電極之間捕獲離子但不捕獲電子，并且用一個絕緣平板進一步抑制輝光-電弧的轉變。這種方法極大地降低了陰極加熱、腐蝕以及等離子體污染，還提高了等離子體的穩定性，增加了用于洛倫茲碰撞和流動加速的離子數密度。這類等離子體稱為大氣壓均勻輝光放電等離子體（one atmosphere uniform glow discharge plasma，OAUGDP，也稱RF輝光放電等離子體），并申請了專利。自此之后，基于表面放電的非平衡等離子體流動控制技術得到迅速發展。非平衡等離子體發生器包括直流（DC）電暈放電、交流（AC）表面介質阻擋放電（surface dielectric barrier discharge，SDBD）以及局部電弧絲狀放電等。其中，SDBD是一種重要的大氣壓放電形式，其激勵器電極均設置在物體表面（圖1.1），具有尺寸小、重量輕、無運動部件、氣動靈活性好、可靠性高、價格低、帶寬高、響應快、阻力小等優勢，應用潛力很大，目前在國際上得到非常廣泛的研究。 圖1.1 SDBD激勵器結構示意圖 1.1.1 等離子體激勵器類型 *先使用等離子體放電來控制氣體流動的激勵器類型是電暈放電，但當時主要研究的是體放電，法國Poitiers大學和阿根廷Buenos Aires大學組成的研究團隊后來開始研究直流電暈表面放電等離子體控制流動（Artana et al.，2001）。直流電暈表面放電激勵器的兩個電極一般位于同一表面，且均不覆蓋絕緣層，激勵器的常見結構如圖1.2所示。 圖1.2 激勵器結構 直流電暈表面放電存在放電不穩定的問題，一些研究者使用交流電源代替直流電源來試圖解決該問題，但是并沒有獲得任何改進（Moreau，2007）。更可行的方法是在兩個電極之間插入絕緣層，利用絕緣層熄滅電流來阻止電弧放電，這就是介質阻擋放電（DBD）。DBD包括體放電（圖1.3）和表面放電兩類。DBD體放電并不適合流動控制，這里不進行過多討論。SDBD激勵器一般結構如圖1.1所示，它主要包含三部分：暴露電極、植入電極和介質阻擋層。暴露電極接電源高壓輸出端，一般也可稱為高壓極、陽極等；植入電極接地，也可稱為地電極、陰極等。兩個電極粘貼在介質阻擋層的兩個表面，其中暴露電極直接暴露在空氣中，放電一般發生在其周圍空氣中；植入電極掩埋在介質阻擋層中，其周圍沒有空氣，一般不發生放電。根據兩個電極之間的位置關系可以將其分為對稱和非對稱兩類，另外還有一些改進變形。與直流電暈放電相比，SDBD產生的等離子體更均勻，控制效果更好（Labergue et al.，2007）。使用SDBD等離子體進行流動控制是目前*常用的方法。 圖1.3 DBD體放電電極結構示意圖 在SDBD的一個交流周期內存在一次大電流放電和一次小電流放電（Baughn et al.，2006)，如圖1.4所示，但隨著激勵電壓的變化，可能出現兩次相差不明顯的放電。一般研究者通常根據電勢的正負將其分為正半周期和負半周期，Enloe等（2006，2005，2004）則根據電勢的發展趨勢將其分為前向放電（forward stroke）和后向放電（backward stroke）。暴露電極向負電壓發展時的放電為前向放電，也稱負向放電（negative-going）。與之相對應，當暴露電極向正電壓變化時的放電為后向放電，也稱正向放電（positive-going）。每一個放電過程均包括點火、擴展和熄滅3個階段，等離子體的擴展速度可以達到100m/s，擴展區域則限于植入電極范圍（低氣壓下會超出植入電極范圍），放電等離子體化學是快速熄滅過程（<1μs）的動力。放電電流應包含3個部分：①電容電流，由電源和負載決定，與是否放電無關；②一系列振幅較大、持續數毫秒的脈沖電流，這些電流對應于微放電；③和前述脈沖電流同時出現、波形為(1+x2)-1的小振幅電流，它們與放電造成的系統電容變化有關（Pons et al.，2005）。 圖1.4 SDBD的典型電壓-電流 SDBD激勵器存在多種變形（圖1.5），其主要目的是提高等離子體的誘導能力以及控制能力。俄羅斯科學院普通物理研究所和莫斯科Lomonosov大學（Bychkov et al.，2003）在SDBD激勵器上添加了一個暴露電極，該暴露電極與植入電極相連，這就是滑移放電的概念。滑移放電的擊穿電勢非常小，且隨著電極間隙輕微變化，因此放電產生的等離子體覆蓋范圍可以達到1m，且保持低電勢。另外，還有彎曲形、馬蹄形、圓形等多種類型（Roy et al.，2009；Wang et al.，2009）。 圖1.5 滑移放電激勵器 俄羅斯科學院高溫研究所（Leonov et al.，2005，2002，2001）研究的準直流多電極絲狀放電實際上是一種局部電弧絲狀放電。與一般電暈放電、SDBD激勵器的電極不同，準直流絲狀放電激勵器的電極形狀非常特殊，是一個尖頭、鈍體銅圓柱，類似于一根削好的鉛筆，其中尖頭一端與電源相接，柱體穿過壁面上的孔后進入氣流，端面與壁面光滑齊平，在這種電極上施加高頻（27MHz）高壓電勢后即可在該端產生絲狀放電，會對1.7～1.8馬赫氣流中激波的位置和強度造成影響。但是，可能由于控制效果不是很好，隨后使用直流電源，稱為準直流絲狀放電。根據電極與流動方向的關系，可以將其分為縱向和橫向兩種模態。若陽極在上游，陰極在下游，放電沿著弦向、流向發生，為縱向放電模態；若陽極和陰極并列、垂直于來流方向，則為橫向放電模態。橫向放電模態是松弛型放電，初始等離子體細絲先被吹向下游，然后停住并在大約10μs后重新開始。 1.1.2 等離子體氣動激勵機理 雖然SDBD激勵器結構比較簡單，但研究者對其流動控制機理依然沒有達成共識。總體來看，人們研究SDBD等離子體氣動激勵機理時，考慮*多的是等離子體體積力以及熱效應兩種機理；另外，放電過程會對空氣成分造成一定影響。 1.動力效應 等離子體在空間不均勻電場的作用下，電子逆電場方向運動，正離子沿電場方向運動，其中電子質量遠小于離子和中性粒子的質量，其與大質量中性粒子的動量交換可以忽略。離子在運動過程中與中性氣體分子發生碰撞，從而交換動量和傳遞動能，誘導激勵器表面的空氣發生定向運動。因此，等離子體動力效應的作用效果是誘導近壁面氣流加速，產生的誘導射流一方面直接加速邊界層流動，另一方面通過與主流進行摻混而將主流動能引入邊界層，總的效果是增加邊界層動能，提高其抵抗逆壓梯度的能力。 2.能量沖擊效應 如果將SDBD激勵器與外界大氣環境看成一個封閉的熱力學系統，那么在這個系統中存在電子與中性氣體之間碰撞而產生的歐姆加熱，以及電子與振蕩鞘層碰撞的電子加熱等過程。SDBD激勵器工作過程中也存在一些功率損失，位移電流在介質板中會產生一定的熱量，這些熱效應產生的熱力學過程可能會對放電區域流場產生一定的影響，尤其是使用納秒脈沖電源激勵放電時，強烈、瞬時的熱效應引起空氣迅速膨脹，產生一種類似微爆炸的沖擊效應。 3.物性變化效應 高壓放電使得電極附近穩定的中性氣體電離產生等離子體，這可能會給流場帶來擾動，例如，等離子體之間的相互作用主要是長程庫侖力而不是短程牛頓力，是非彈性碰撞而不是彈性碰撞，且等離子體內部會發生復合、電荷交換等現象，這些微觀物理現象的宏觀效應改變了流體的黏滯性等物性參數。放電區域物性的變化將帶來流體內摩擦剪切應力的變化，這對層流-湍流轉捩有影響。因此，由放電過程產生的物性變化可能會帶來流場的變化。 1.1.3 等離子體流動控制實驗研究技術 等離子體流動控制實驗主要關注等離子體放電特性、產生的體積力以及控制效果。 等離子體放電光學測量實驗，主要是使用相機記錄放電發光，根據不同的拍攝要求可分為兩類，一類是拍攝多次放電的累積效果，這是*常用的，一般數碼相機即可；另一類要求比較高，相機的曝光時間為亞納秒量級，且需要使用和激勵電源同步的光增強設備，這種方法能把納秒量級放電過程拍攝出來，對分析表面介質阻擋放電的發展過程很有幫助（Roupassov et al.，2009）。 等離子體體積力測量實驗，主要有直接測量體積力法和測量加速度兩種方案。直接測量體積力包括利用高精度天平測量和鐘擺式（Porter et al.，2007）兩種方法。天平測量方法是把激勵器水平放置在高精度天平上，天平直接測量放電時作用在激勵器面板上的反作用力，該方法需要考慮的問題是如何屏蔽放電產生的電磁場的影響。一種思路是用銅箔把天平包裹起來，利用靜電屏蔽原理隔絕電磁干擾（Hoskinson et al.，2008）；另一種思路是把激勵器放置在遠離天平的地方，通過杠桿作用將體積力傳遞給天平并進行測量（Enloe et al.，2003）。鐘擺法比較復雜，如圖1.6所示，*先在低摩擦針式軸承上懸掛一個輕質空心碳棒，然后將圓形激勵器安裝在碳棒末端，同時安裝一個激光器，激勵器放電時產生的反作用力使得碳棒擺動，底面上的照相裝置記錄激光入射點的位置即可得到碳棒的擺動規律，*后利用數學工具得到反作用力。測量加速度就是利用加速度計測量激勵器加速度，從
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