저전압 특성을 기반으로 한 유전체 장벽 방전 액츄에이터의 수치 모델링

Dec 03, 2023

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 10378(2022) 이 기사 인용

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전기유체역학적 흐름 제어 시스템은 지난 수십 년 동안 가장 유망한 흐름 제어 전략 중 하나로 입증되었습니다. 그러한 시스템의 효과를 효율적으로 평가하고 설명하기 위한 여러 가지 방법이 실제로 사용 가능합니다. 그러나 다양한 응용 분야에서 이러한 시스템의 중요한 역할로 인해 가능한 개선 사항이 여전히 조사되고 있습니다. 저주파 플라즈몬의 전기역학적 특성을 기반으로 한 플라즈마 액츄에이터의 시뮬레이션을 위한 새로운 현상학적 모델이 제시되었습니다. 이 모델은 플라즈몬 영역을 분산 매체로 시뮬레이션합니다. 이 소산된 에너지는 전기장과 분극장의 분포를 요구하는 국부적 체력 벡터로 계산된 고압 영역을 도입함으로써 흐름에 추가됩니다. 이 모델은 포아송 방정식을 기반으로 체력 벡터 계산을 위한 전기장을 결정하고 분극장에 대해 단순화된 로렌츠 모델을 구현합니다. 제시된 모델의 성능을 완전히 탐색하기 위해 유체 흐름에 대한 플라즈마 액츄에이터의 관찰된 효과와 모델에 의해 예측된 결과 간의 비교를 제공하는 실험이 수행되었습니다. 그런 다음 모델은 주변 중성 하전 유체와의 운동량 교환을 기반으로 다른 고유한 실험 및 면제된 수치 모델의 결과를 기반으로 검증되어 모델이 사용 가능한 모델에 비해 적응성과 자체 조정 기능이 향상되었음을 입증합니다.

전기유체역학적 흐름 제어 시스템은 지난 수십 년 동안 가장 유망한 흐름 제어 전략 중 하나로 입증되었습니다. 이러한 시스템 중에서 플라즈마 액추에이터는 흐름 제어 목적, 포토닉스 및 광전자 공학, 식품 가공 기술, 암 치료 및 생명 공학1,2,3,4,5,6을 포함한 다양한 응용 분야에서 효과적인 것으로 확인되었습니다. 문헌은 여러 응용 분야에서 다양한 흐름 제어 방법의 적용 가능성과 효율성을 조사하고 개선하는 강력한 배경을 보여줍니다7,8,9,10,11,12,13,14,15,16. 그러나 결과 시스템을 실제 응용 프로그램에 통합하려면 철저한 개발 및 테스트 프로세스가 필요합니다. 수치 시뮬레이션은 전통적으로 복잡한 흐름 제어 시스템을 설계, 시뮬레이션 및 이해하기 위한 고급 알고리즘을 제공하려고 시도했습니다. 실험적 접근 방식에는 여러 번의 비용과 시간이 소요되는 시행착오 반복이 필요하기 때문입니다. 유전체 장벽 방전(DBD) 시스템의 효과를 효율적으로 평가하고 설명하기 위한 여러 가지 방법이 현재 문헌을 통해 이용 가능합니다. 그러나 많은 흐름 제어 문제에서 이러한 시스템의 중요한 역할로 인해 가능한 개선은 항상 조사할 가치가 있으며 개선된 알고리즘은 언제나 환영받습니다.

현재 플라즈마 액츄에이터를 시뮬레이션하기 위한 모델에는 세 가지 범주가 있습니다. 기본 원리17,18,19,20,21, 경험적 모델22,23 및 현상학적 모델24,25,26,27,28을 기반으로 한 모델입니다. 첫 번째 원리 기반 방법론에 대한 프레임워크를 형성하기 위해 첫 번째 범주의 모델은 유체역학적 측면20,21,29,30 및 플라즈마 측면 모두에서 플라즈마 액추에이터의 물리적 메커니즘을 재현하려고 시도합니다. 따라서 이러한 모델은 전기장에 대한 포아송 방정식과 Navier-Stokes 방정식뿐만 아니라 하전 및 중성 종 모두에 대한 전송 방정식을 고려해야 합니다. 이러한 모델은 상당한 계산 비용과 시간이 필요하지만 정확도가 더 높습니다. 두 번째 범주는 운동량 방정식에서 플라즈마 액츄에이터의 유도된 신체력에 대한 정확한 설명을 적용하려고 시도합니다. 이러한 모델은 빠른 설계, 제어 및 최적화 목적을 위해 DBD 액추에이터를 위한 실용적인 모델링 도구 개발을 고려합니다. 모델의 마지막 범주는 단순화된 미분 방정식 세트를 사용하여 단순화를 통해 기여하는 물리학을 고려하고 허용 가능한 수준의 정확도를 유지하면서 계산량이 적은 시뮬레이션을 수행합니다. 최근에는 플라즈마 액츄에이터에 대한 많은 연구가 진행되고 있다. 우선, 현재 작업에서는 플라즈마 액츄에이터에 대한 과거의 면제된 실험 및 수치 연구 중 일부를 검토한 다음 액츄에이터와 흐름의 상호 작용에 대한 기본 물리적 메커니즘을 더 잘 이해하고 새로운 실제 방법론을 개발하기 위해 생각과 기본 사항을 논의합니다. 플라즈마 액츄에이터를 시뮬레이션하기 위한 것입니다. 플라즈마 액츄에이터를 시뮬레이션하기 위한 다양한 범주의 모델에 관한 위의 설명을 기반으로 본 연구에서는 저주파 플라즈마 액츄에이터의 시뮬레이션을 위한 현상학적 모델을 제공할 것입니다. 계속해서 구체적으로 현상학적 모델을 연구할 것이다.