低压条件下低温等离子体边界层光辐射及流场特性的初步研究

摘要

本文以大气压空气条件下沿面放电低温等离子体对边界层流动控制的研究为基础，以实验研究为主要手段，模拟高空低气压环境下等离子的沿面放电，通过改变电参数和气压，最终获得了等离子体发射光谱、辐射强度等与各放电参数和各气压条件间的相互关系；同时对该种等离子体对机翼表面流场特性的影响进行了简单的数值模拟。本文的主要工作如下： 1.实验仪器的设计、制作和改进：设计制作了适用于本实验的等离子体激活板，以希望增加放电区域，使单色仪易于对焦；设计制作了一个可以变化气压的密闭舱，使实验中低温等离子体的产生在必要的气压条件下，并维持稳定的气压；设计改进了单路等离子体驱动电源；设计改进了单色仪等实验控制器。 2.低温等离子体放电过程中的发射光谱和电参数的测量和分析：获得了等离子体发射光谱与各放电参数和各气压条件间的相互关系。对光谱谱图进行分析，选取了14个主要波峰，利用自编程序对其进行计算，对比分析它们的面积、强度、百分比来分析光辐射强度的变化规律并绘制实验分析图。 3.初步的数值模拟：通过LBM方法对翼型表面沿面放点的低温等离子体对边界层流动特性影响效果进行了初步的数值模拟，以验证低温等离子体在翼型表面形成的体积力对抑制边界层分离所产生的效果。

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论文说明：图表目录

声明

1 绪论

1.1 课题背景和意义

1.1.1 课题背景

1.1.2课题意义

1.2 国内外研究概况

1.2.1 等离子体减阻技术的研究进展

1.2.2 等离子体光谱研究的发展

1.3 本文的主要内容

1.4 本章小结

2 理论基础

2.1 等离子体源诊断技术

2.1.1 光谱诊断法

2.1.2 发射光谱的基本原理

2.1.3 电子光谱

2.2 等离子体的发射光谱

2.2.1 等离子体的发射光谱

2.2.2 光谱的解析

2.3 格子Boltzmann数值模拟方法

2.4 本章小结

3 实验方案

3.1 实验装置的设计和选用

3.1.1 单对电极低温等离子体激活板

3.1.2 密封舱

3.1.3 等离子体驱动电源

3.1.4 单色仪

3.1.5 光电倍增管与滤波放大器

3.2实验仪器的连接

3.3 实验现象

3.4 本章小结

4 实验过程及结果分析

4.1 实验过程

4.2 试验结果

4.2.1 放电气体成分的讨论

4.2.2 电源电压频率和气压变化对总辐射强度的影响

4.2.3 频率变化对辐射强度的影响

4.2.4 气压变化对辐射强度的影响

4.2.5 各峰面积占总面积中的百分比

4.3 本章小结

5 低温等离子体对边界层流场特性影响的初步数值模拟

5.1 引言

5.2 等离子体激活板电场的数值模拟

5.3 格子Boltzmann方法的发展

5.4 模型建立与方程推导

5.4.1 演化方程

5.4.2 边界处理：非平衡态外推方法

5.4.3 D2Q7模型的格子选取

5.5 等离子体作用飞机机翼的LBM方法模拟

6 全文总结与展望

6.1 本文的主要工作与结论

6.2 进一步研究展望

致 谢

参考文献