陣列式介質(zhì)阻擋放電等離子體激勵對近壁區(qū)流動影響

秦立濤，張海燈，汪一舟

(空軍工程大學(xué) 等離子體動力學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安 710038)

0 引 言

表面介質(zhì)阻擋放電等離子體激勵（surface dielectric barrier discharge，SDBD）[1-3]是一種典型的主動流動控制技術(shù)，具有結(jié)構(gòu)簡易、易布設(shè)、響應(yīng)迅速、作用頻帶寬等優(yōu)勢，被廣泛應(yīng)用于分離流動控制[4-5]、邊界層控制[6-7]和噪聲控制[8-9]等領(lǐng)域。

表面介質(zhì)阻擋放電等離子體激勵對流場的作用效果取決于激勵電源形式，對于正弦交流電源驅(qū)動的表面介質(zhì)阻擋放電等離子體激勵（AC-SDBD），主要是通過“動量效應(yīng)”，即向流場中注入體積力，進(jìn)而誘導(dǎo)氣流加速、提升流場動量，達(dá)到流動控制的目的[2]。基于AC-SDBD的流動控制作用與其誘導(dǎo)氣流加速的能力直接相關(guān)，已有研究表明，AC-SDBD在靜止空氣中誘導(dǎo)形成的壁面射流，最大速度在10 m/s附近，難以在高速環(huán)境下取得顯著的流動控制效果。因此，提升AC-SDBD誘導(dǎo)氣流加速的能力，是實(shí)現(xiàn)工程應(yīng)用的技術(shù)瓶頸之一。圍繞這一問題，國內(nèi)外學(xué)者展開了一系列探索，已有研究表明使用多組等離子體激勵器組合形成的陣列式等離子體激勵，是提升ACSDBD流動控制能力的有效手段。在機(jī)翼流動分離抑制方面，Roth 等[10]證明了陣列式AC-SDBD 激勵器控制機(jī)翼流動分離和增大失速攻角的能力；楊雷雷[11]等利用陣列式AC-SDBD 激勵器有效削弱襟翼吸力面流動分離；在壓氣機(jī)內(nèi)流流動控制方面，張海燈等[12-13]使用陣列式AC-SDBD有效控制了葉尖泄漏流動和葉片角區(qū)分離；GE公司Saddoughi 等[14]則使用陣列式AC-SDBD拓寬了跨聲速壓氣機(jī)失速裕度。

從已有研究結(jié)果來看，陣列式AC-SDBD可以在高速環(huán)境下取得一定流動控制效果，但其流動控制能力并不是隨著激勵器數(shù)目的增加而線性增大的[15-18]，尤其是陣列式AC-SDBD對流場作用效果對流動狀態(tài)的依賴性仍有待揭示。

針對上述問題，本文在直流風(fēng)洞中測試了不同來流速度下陣列式AC-SDBD對流場的作用。通過對等離子體激勵下游流場速度和總壓進(jìn)行測量，分析獲得了陣列式AC-SDBD“動量效應(yīng)”隨來流速度的變化規(guī)律，所得結(jié)論可為基于AC-SDBD的高速等離子體流動控制方案設(shè)計(jì)提供支撐。

1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

1.1 實(shí)驗(yàn)電源及測量系統(tǒng)

實(shí)驗(yàn)中所使用的交流高壓電源為蘇曼CTP-2000K型低溫等離子體電源，輸出電壓波形為正弦波形，峰值電壓0到30 kV連續(xù)可調(diào)，實(shí)驗(yàn)中電極電壓的頻率固定為11 kHz，最大輸出功率為150 W。

使用皮托管和附面層總壓探針測量流向速度和附面層總壓，皮托管頭部直徑為1.5 mm，附面層總壓探針頭部厚度為0.5 mm；使用精度為0.01 mm的三坐標(biāo)位移臺來控制探針移動；壓力傳感器型號為DAQDAX-16A，量程為±10 kPa，精度為0.25% FS。

1.2 直流風(fēng)洞

如圖1所示，直流風(fēng)洞由以下七部分構(gòu)成：動力系統(tǒng)、拐角段、擴(kuò)張段、穩(wěn)流段、過渡段、靜流段和收縮段。動力系統(tǒng)由離心風(fēng)機(jī)和控制柜組成；拐角段設(shè)有五個(gè)導(dǎo)流葉片，氣流經(jīng)過拐角導(dǎo)流后方向向右偏折90°，拐角段出口設(shè)有一道30目阻尼網(wǎng)；由于拐角出口氣流仍有向上運(yùn)動的趨勢，擴(kuò)張段下壁更容易產(chǎn)生分離現(xiàn)象，經(jīng)仿真驗(yàn)證，最終確定擴(kuò)張段下壁擴(kuò)張角為2°，上壁擴(kuò)張角為7°，兩側(cè)壁擴(kuò)張角為5°，擴(kuò)張段總長1000 mm，擴(kuò)張面積比為3.2；穩(wěn)流段橫截面為340 mm×340 mm矩形，穩(wěn)流段入口和出口各設(shè)有40目阻尼網(wǎng)，中段內(nèi)嵌長細(xì)比為10，厚度為100 mm的不銹鋼蜂窩器；在穩(wěn)流段之后設(shè)置長度為85 mm過渡段，在過渡段出口布設(shè)一道40目阻尼網(wǎng)以進(jìn)一步降低湍流度；在過渡段之后設(shè)置長度為170 mm靜流段，目的是使穩(wěn)流段出口氣流得到充分摻混，提升收縮段入口速度均勻度；綜合考慮出口動壓穩(wěn)定性系數(shù)，動壓系數(shù)及實(shí)驗(yàn)段軸向靜壓梯度等流場評定參數(shù)，最終確定收縮段采用維氏曲線，長度為600 mm，收縮比為11.5。在近出口壁面設(shè)有三排直徑為1 mm的附面層吸除孔，對出口附面層進(jìn)行吸除。值得說明的一點(diǎn)，穩(wěn)定段及其下游風(fēng)洞段各截面四個(gè)直角均用45°切角以改善直角處產(chǎn)生的二次流動現(xiàn)象。

圖1 直流風(fēng)洞示意圖Fig. 1 Schematic of the open circuit wind tunnel

為了判斷出口流場品質(zhì)能否滿足實(shí)驗(yàn)要求，使用皮托管對風(fēng)洞出口（實(shí)驗(yàn)段入口）流場的總壓和速度進(jìn)行測量，出于簡化測量的目的，僅對出口上半?yún)^(qū)域（80 mm×50 mm）進(jìn)行測量，原點(diǎn)位于出口上壁面幾何中心位置。具體測試方案如圖2所示。

圖3為測得總壓與速度云圖，在主流風(fēng)速v∞= 35 m/s條件下，上壁面測量中心位置附面層厚度在3.5 mm左右，近切角區(qū)域附面層略薄。定義動壓穩(wěn)定性系數(shù)η和動壓系數(shù)μ定量評定風(fēng)洞流場品質(zhì)：

圖3 出口截面流場Fig. 3 Flow field at the outlet cross-section

式中，qmax和qmin分別表示中心流場3 min內(nèi)連續(xù)測得的最大和最小動壓；qi和分 別表示第i個(gè)測點(diǎn)動壓和主流區(qū)域平均動壓，測點(diǎn)布局在圖2中已標(biāo)明，沿展向以20 mm的間隔選取4個(gè)測點(diǎn)，沿高度正方向以20 mm的間隔選取2個(gè)測點(diǎn)，共使用7個(gè)測點(diǎn)計(jì)算風(fēng)洞出口動壓系數(shù)μ。

經(jīng)測量，主流區(qū)域內(nèi)動壓穩(wěn)定性系數(shù)η為0.1%，動壓系數(shù)μ為0.29%，湍流度在0.09%左右，綜合以上技術(shù)指標(biāo)評定出口流場品質(zhì)滿足實(shí)驗(yàn)要求。

1.3 陣列式AC-SDBD激勵器

圖4和圖5分別為陣列式AC-SDBD激勵器實(shí)物圖和激勵示意圖。陣列式AC-SDBD激勵器絕緣介質(zhì)的絕緣材料為聚酰亞胺，絕緣介質(zhì)厚度為1 mm，電極材料為銅，暴露電極（高壓電極）寬度為1 mm，掩埋電極（低壓電極）寬度為4 mm，掩埋電極上覆有絕緣綠油，每組電極間距為12.5 mm，第8組暴露電極距激勵器下緣的距離為6.5 mm，將激勵器下緣定義為初始位置（流向坐標(biāo)z= 0 mm），陣列式AC-SDBD激勵器可以由不同組數(shù)的電極組成，如無特殊說明，本文所述陣列式AC-SDBD激勵器均為8組電極構(gòu)型。

圖4 陣列式AC-SDBD激勵器實(shí)物圖Fig. 4 Images of the AC-SDBD actuator array

圖5 激勵示意圖Fig. 5 Schematics of the AC-SDBD actuators

在v∞= 40 m/s條件下，距收縮段出口300 mm流向位置處的附面層厚度達(dá)到8 mm，為了減小附面層厚度，設(shè)置插板使得平板附面層重新發(fā)展，附面層厚度降至5 mm。實(shí)驗(yàn)段如圖6所示。

圖6 實(shí)驗(yàn)段安裝圖Fig. 6 Experimental set-up of the test section

2 實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果

2.1 靜止工況下激勵的誘導(dǎo)速度特性

為了找到陣列式AC-SDBD激勵器最大誘導(dǎo)速度對應(yīng)的激勵電壓，定義z= 5 mm、y= 2 mm、x= ?20 mm（即距激勵器下緣流向距離5 mm、距上壁高度2 mm、展向中心位置處）為P處，對不同峰值電壓下該位置誘導(dǎo)速度進(jìn)行測量，以測量范圍內(nèi)最大速度vmax對所測速度進(jìn)行無量綱化，具體實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖7。

圖7 陣列式AC-SDBD誘導(dǎo)速度隨峰值電壓變化圖Fig. 7 Variation of the induced velocity with the peak voltage for the AC-SDBD actuator array

圖7顯示，峰值電壓在10～16 kV范圍內(nèi)時(shí)，隨著激勵電壓的提高，誘導(dǎo)速度隨之上升，在峰值電壓為14 kV左右達(dá)到最大值，當(dāng)激勵電壓超過峰值電壓時(shí)誘導(dǎo)速度下降。

在保證陣列式AC-SDBD激勵器不擊穿的條件下，陣列式AC-SDBD激勵器以峰值電壓為14 kV工作時(shí)產(chǎn)生誘導(dǎo)速度最大，下文所有實(shí)驗(yàn)將14 kV峰值電壓作為放電參數(shù)。

下面使用14 kV峰值電壓，在展向位置x= ?20 mm、高度位置y= 2 mm沿流向進(jìn)行誘導(dǎo)速度測量，以最大誘導(dǎo)速度vmax對所測速度進(jìn)行無量綱化，如圖8所示。從圖8可以看到，陣列式AC-SDBD激勵器下游15 mm以內(nèi)的誘導(dǎo)速度維持在較高水平，基本上沒有衰減；15 mm ≤z≤ 35 mm時(shí)，誘導(dǎo)速度快速虧損到最大誘導(dǎo)速度的50%左右；z＞ 35 mm之后，誘導(dǎo)速度緩慢下降。

圖8 AC-SDBD誘導(dǎo)速度沿流向變化圖Fig. 8 Variation of the induced velocity along the streamwise direction for the AC-SDBD actuator

2.2 激勵在不同主流速度下的作用規(guī)律

2.2.1 激勵對流場瞬態(tài)速度的影響規(guī)律

為了排除激勵后流場的展向均勻性和可能產(chǎn)生的流場畸變對測試結(jié)果產(chǎn)生干擾，選取兩個(gè)典型速度v∞= 20 m/s和60 m/s進(jìn)行研究。以P處（x= ?20 mm處）展向位置為中心，對?40 mm ≤x≤ 0 mm，0.75 mm ≤y≤ 10.75 mm速度場進(jìn)行測量，測量截面流向位置為z= 5 mm，結(jié)果如圖9所示。

從圖9可以看到，兩種工況測量中心位置區(qū)域激勵后速度沿展向分布均勻，無明顯速度畸變。為了定量分析激勵后不同展向位置速度分布，將展向位置x=?10 mm、?20 mm和?30 mm處速度以測量范圍最大速度vmax進(jìn)行無量綱化，數(shù)據(jù)處理結(jié)果如圖10所示。

圖9 激勵前后速度云圖對比Fig. 9 Comparison between the velocity contours with and without actuation

從圖10可以看到，在不同工況下3個(gè)展向位置速度分布規(guī)律相同，即?30 mm ≤x≤ ?10 mm展向范圍內(nèi)流動均勻性較好。

圖10 激勵后不同展向位置速度分布Fig. 10 Velocity profiles at different spanwise locations with actuation

對v∞= 20 m/s、30 m/s、40 m/s、60 m/s和80 m/s不同來流速度下P處速度隨時(shí)間變化進(jìn)行測量，實(shí)驗(yàn)中對未激勵狀態(tài)持續(xù)采樣120 s后施加等離子體激勵180 s，最后靜置300 s。以vplasma_off（未激勵狀態(tài)120 s內(nèi)平均速度）對測量速度進(jìn)行無量綱化，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖11所示。

圖11 P處流速隨時(shí)間變化圖Fig. 11 Time evolution of the local velocity at position P

施加陣列式AC-SDBD激勵后，近壁流速與激勵時(shí)間有關(guān)。不同工況速度變化規(guī)律可以分為以下四個(gè)階段：階段Ⅰ：剛開始施加激勵時(shí)，近壁流體在電場力的加速作用下，產(chǎn)生貼壁射流使得近壁速度瞬間提升，激勵瞬時(shí)速度提升量與來流風(fēng)速密切相關(guān)，v∞=20 m/s時(shí)瞬時(shí)速度提升達(dá)基準(zhǔn)速度的3.5%，隨著主流速度的提高，激勵瞬時(shí)速度提升幅值下降明顯，80 m/s來流下瞬時(shí)速度提升基本為零。以上現(xiàn)象主要是由于主流速度的提高使近壁流體受到體積力加速作用的時(shí)間變短，從而造成動量提升效果減弱；階段Ⅱ：隨著時(shí)間的推進(jìn)，速度逐漸下降，在激勵180 s內(nèi)，各主流速度工況下，近壁速度基本達(dá)到平衡速度，主流速度越大，相對應(yīng)的平衡速度相對提升量越低，在v∞=60 m/s和80 m/s工況下，平衡速度低于基準(zhǔn)速度，激勵對流場有減速作用，此階段中激勵對流場的減速作用可能與近壁區(qū)域被加熱的空氣引發(fā)的高流動損失有關(guān)；階段Ⅲ：關(guān)閉激勵器后，體積力的誘導(dǎo)加速效應(yīng)消失，近壁速度陡然下降，各工況速度下降幅值和施加激勵瞬間速度提升幅值基本一致；階段Ⅳ：隨著時(shí)間推進(jìn)，近壁流速逐漸提升并趨向于基準(zhǔn)狀態(tài)。

為了確定上述規(guī)律對不同組數(shù)的陣列式激勵器激勵后流場的適用性，針對v∞= 20 m/s工況，在P處測量了2、4、6和8組電極激勵后單點(diǎn)瞬時(shí)速度變化，以vplasma_off對測量速度進(jìn)行無量綱化，具體見圖12。

圖12 激勵組數(shù)對瞬態(tài)流速的影響（v∞ = 20 m/s）Fig. 12 Influence of the number of excited plasma actuators on the time evolution of the local velocity (v∞ = 20 m/s)

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與上述對激勵后流場瞬態(tài)速度變化規(guī)律的研究結(jié)論相似，不同激勵組數(shù)速度變化規(guī)律同樣可以分為四個(gè)階段，隨著激勵組數(shù)的增加，激勵對近壁流場加速現(xiàn)象越明顯且激勵后近壁區(qū)速度隨時(shí)間的階段性變化規(guī)律愈發(fā)顯著。

為了確定上述規(guī)律對激勵后不同高度流場的適用性，針對v∞= 20 m/s工況，固定測量展向位置x=?20 mm、流向位置z= 5 mm，在y= 2 mm、3 mm、4 mm和5 mm共4個(gè)不同高度位置進(jìn)行速度測量。以vplasma_off對測量速度進(jìn)行無量綱化，具體見圖13。

圖13 不同高度下流速隨時(shí)間變化圖（v∞ = 20 m/s）Fig. 13 Time evolution of the local velocity at different wallnormal locations (v∞ = 20 m/s)

從圖13中可以看到，隨著高度的増加，階段Ⅰ中瞬時(shí)速度提升減小；在擴(kuò)散和黏滯效應(yīng)下，階段Ⅱ中隨高度的提高激勵后平衡速度相對提升量越低，且速度緩降相對幅值減小。

為了研究激勵后不同流向位置流場速度變化規(guī)律，針對v∞= 20 m/s工況，在固定測量展向位置x=?20 mm、高度位置y= 2 mm，在z= 5 mm、40 mm、80 mm、160 mm共4個(gè)流向位置進(jìn)行速度測量。以vplasma_off對測量速度進(jìn)行無量綱化，具體見圖14。

圖14 不同流向位置下流速隨時(shí)間變化圖（y = 2 mm）Fig. 14 Time evolution of the local velocity at different streamwise locations (y = 2 mm)

對于不同流向位置來說，激勵后速度隨時(shí)間變化過程同樣可分成四個(gè)階段。z≤ 40 mm區(qū)域激勵對流場加速能力基本沒有衰減。當(dāng)z＞ 40 mm后，隨著流向距離的增大，激勵對當(dāng)?shù)亓鲌龅挠绊懼饾u減弱，此現(xiàn)象與2.1節(jié)靜止工況激勵后速度沿流向變化規(guī)律類似。

2.2.2 激勵對流場壓力的影響

為了研究激勵后流場總壓和速度變化的關(guān)聯(lián)性，以z= 5 mm流向截面為研究對象，定義速度比γ和總壓損失系數(shù) ω：

式中：vplasma_on表 示激勵后的當(dāng)?shù)厮俣龋瑅plasma_off表示未激勵時(shí)的當(dāng)?shù)厮俣取total_plasma_off表示基準(zhǔn)狀態(tài)總壓，ptotal_plasma_on表示激勵時(shí)總壓，ρ為空氣密度，數(shù)據(jù)處理結(jié)果如圖15和圖16所示。

圖15 激勵前后速度比云圖對比（z = 5 mm）Fig. 15 Comparison between the velocity ratio contours with and without actuation (z = 5 mm)

圖16 激勵前后總壓損失系數(shù)分布云圖對比（z = 5 mm）Fig. 16 Comparison between the total pressure loss coefficient contours with and without actuation (z = 5 mm)

從圖15可以發(fā)現(xiàn)，對于v∞= 20 m/s工況來說，陣列式AC-SDBD激勵對高度0.75 mm ≤y≤ 3 mm以內(nèi)有明顯的加速作用，由于角區(qū)及端壁流場影響，使得從展向位置?40 mm ≤x≤ ?30 mm近壁加速區(qū)域范圍逐漸擴(kuò)大；對于v∞= 60 m/s工況來說，激勵對0.75 mm ≤y≤ 4 mm的流體有明顯減速效應(yīng)，并且隨著高度的增加，減速效應(yīng)逐漸減弱。

圖16展現(xiàn)的是激勵前后總壓損失系數(shù)的變化云圖，其中正值代表激勵后總壓損失增加，負(fù)值代表激勵使總壓恢復(fù)。通過對比圖15和圖16，可以發(fā)現(xiàn)，總壓損失系數(shù)變化規(guī)律和速度比變化規(guī)律一致。以上研究表明，通過激勵前后當(dāng)?shù)乜倝旱淖兓軠?zhǔn)確反應(yīng)激勵前后速度的變化。

為了精細(xì)化研究激勵前后附面層內(nèi)總壓的變化，使用頭部較細(xì)的附面層探針進(jìn)行v∞= 20 m/s和60 m/s兩種工況的總壓測量工作。測量位置為x= ?20 mm、

z= 5 mm，0 ≤y≤ 10 mm，使用9 mm ＜y＜10 mm范圍內(nèi)平均表總壓對測得表總壓進(jìn)行無量綱化，具體實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖17和圖18。

圖17 激勵前后附面層總壓分布（v∞ = 20 m/s）Fig. 17 Total pressure distributions in the boundary layer with and without actuation (v∞ = 20 m/s)

圖18 激勵前后附面層總壓分布（v∞ = 60 m/s）Fig. 18 Total pressure distributions in the boundary layer with and without actuation (v∞ = 60 m/s)

為了更加清晰地對比兩種工況下附面層總壓變化規(guī)律，使用總壓恢復(fù)系數(shù) σ（式（5））來表征激勵前后總壓相對變化:

式中：ptotal_∞表示主流總壓。

圖19為主流速度對激勵后附面層總壓恢復(fù)系數(shù)影響曲線。v∞= 20 m/s工況，相對于基準(zhǔn)狀態(tài)，激勵后沿遠(yuǎn)離壁面方向，總壓先降低，再升高，最后不變；在v∞= 60 m/s工況下，整個(gè)附面層內(nèi)總壓水平均低于激勵前狀態(tài)。兩種工況高度y≤ 0.65 mm區(qū)域內(nèi)的σ均小于0，且在y= 0.4 mm附近總壓虧損達(dá)到最大值，其中高速工況總壓虧損最大值約為低速工況的1.28倍。

圖19 主流速度對激勵后附面層總壓恢復(fù)系數(shù)分布影響（z = 5 mm）Fig. 19 Effect of the mainstream velocity on the total pressure recovery coefficient of the boundary layer under plasma actuation (z = 5 mm)

由于低速來流條件下激勵器向流場注入動量更多,v∞= 20 m/s工況中 σ在0.65 mm ≤y≤ 3.55 mm的區(qū)域內(nèi)大于零，但受限于激勵強(qiáng)度，σ在y＞ 3.55 mm范圍內(nèi)基本為零。

陣列式AC-SDBD激勵使v∞= 60 m/s高速工況y≤ 6 mm區(qū)域內(nèi)附面層總壓降低，即減速效應(yīng)，隨著高度的提升， σ緩慢恢復(fù)到激勵前的狀態(tài)，在y＞6 mm范圍內(nèi) σ基本為零，說明激勵對該區(qū)域流場沒有控制作用。

可見，陣列式AC-SDBD激勵對附面層總壓的影響規(guī)律不僅和主流速度有關(guān)，與距壁面高度也有關(guān)。

不同流向距離附面層內(nèi)總壓恢復(fù)系數(shù)分布如圖20所示。隨著流向距離的增加，由于激勵產(chǎn)生的貼壁高能射流逐漸與附近低能流體摻混，流體加速的區(qū)域變大，使得y≤ 0.65 mm以內(nèi)最低總壓恢復(fù)系數(shù)逐漸恢復(fù)，附面層內(nèi)最大總壓恢復(fù)系數(shù)有減小趨勢，且最大總壓恢復(fù)系數(shù)對應(yīng)的法向位置逐漸增大。在v∞= 20 m/s工況下，激勵沿法向的影響范圍達(dá)到了y= 10 mm高度位置，伴隨著法向影響范圍擴(kuò)大的同時(shí)激勵對流場最大影響能力逐漸減弱。

圖20 激勵后不同流向位置附面層總壓恢復(fù)系數(shù)分布Fig. 20 Total pressure recovery coefficient of boundary layer at different streamwise locations under plasma actuation

2.2.3 激勵對流場穩(wěn)態(tài)速度的影響規(guī)律

對v∞= 20 m/s、30 m/s、40 m/s、60 m/s和80 m/s工況下x= ?20 mm、y= 2 mm位置處激勵后穩(wěn)態(tài)速度場進(jìn)行測量，使用相對速度提升系數(shù) Δv表征激勵前后速度提升。 Δv定義如式（6）：

圖21為不同主流速度下激勵后沿流向 Δv分布，v∞= 20 m/s和v∞= 30 m/s工況中激勵后流向速度均大于基準(zhǔn)速度，加速效果沿流向逐漸降低，有效加速流向距離在170 mm左右；v∞≥ 40 m/s工況中激勵后流向速度均小于基準(zhǔn)速度，減速效果沿流向逐漸降低。陣列式AC-SDBD激勵對近壁流速的影響規(guī)律與主流速度相關(guān)。

圖21 主流速度對激勵后速度分布影響（y = 2 mm）Fig. 21 Effect of the mainstream velocity on the velocity distribution along the streamwise direction under plasma actuation (y = 2 mm)

為直觀比較主流速度對激勵后速度分布影響，Δvm為5 mm≤z≤ 20 mm范圍內(nèi)各工況平 均相對速度提升系數(shù)， Δvm隨主流流速變化曲線如圖22所示。

圖22 激勵后Δ vm隨 主流流速變化Fig. 22 Variation of parameter Δ vm with the mainstream velocity under plasma actuation

從圖22中可以看到，陣列式AC-SDBD激勵對近壁流場加速能力隨著主流速度的提高非線性降低，v∞≤ 30 m/s時(shí)，激 勵 使 得 穩(wěn) 定 后 的 近 壁 區(qū) 速 度 增大。v∞從20 m/s提高到30 m/s過程中, Δvm從2%突降至0.28%。v∞≥ 40 m/s后，加速效果轉(zhuǎn)變?yōu)闇p速效果，在v∞從40 m/s提高到80 m/s過程中， Δvm從?0.42%緩降至?1%。

3 結(jié) 論

1）陣列式AC-SDBD激勵誘導(dǎo)近壁氣流加速規(guī)律與激勵時(shí)間有關(guān)。在施加激勵的瞬間，近壁區(qū)速度明顯增大，隨著時(shí)間的推移，近壁區(qū)速度有所下降，最后趨于穩(wěn)定。

2）多組陣列式AC-SDBD激勵器的動量效應(yīng)顯著，隨著激勵組數(shù)的增加，激勵誘導(dǎo)近壁流場加速能力越強(qiáng)，且激勵后近壁區(qū)速度隨時(shí)間的階段性變化規(guī)律愈發(fā)顯著。

3）陣列式AC-SDBD激勵對近壁流速的影響規(guī)律與距壁面高度和流向距離相關(guān)。隨著距激勵器流向距離的增大，激勵影響流體能力逐漸減弱，在法向上受激勵影響范圍逐漸擴(kuò)大，且受最大影響法向位置逐漸遠(yuǎn)離壁面。

4）陣列式AC-SDBD激勵對近壁流速的影響規(guī)律與主流速度相關(guān)。隨著主流速度的提高，陣列式ACSDBD動量效應(yīng)減弱且對近壁流場加速能力非線性降低，在主流速度從20 m/s提高到80 m/s的過程中，Δvm從2%緩降至?1%。