Générateur de micro-jet synthétique par plasma (Daniel Caruana)

Générateur de micro-jet
synthétique par plasma
(Daniel Caruana)
PRF PUMA
F. Thivet
Coopération avec le LGET
J.P. Cambronne
GDR-CDD n° 2
LEA- Poitiers-10 mai 2006
Action sur les décollements
Micro-jets.
Æ application sur véhicules terrestres et aériens
Æ augmentation des performances (décollements, Czmax, traînée,
tremblement,..), manipulation des écoulements décollées, tourbillonnaires, au
bord de fuite, surfaces de contrôle, zones de mélange …
Comment?
Æ génération de tourbillons redonnant de l’énergie à la couche limite
turbulente, générations de jets
Dispositifs:
- VG mécaniques : action sur les décollements, le tremblement, actuellement utilisés
mais toujours en place même si inutiles
Intérêt
GDR-CDD n° 2
LEA-Poitiers 10 mai 2006
Action sur les décollements
Micro-jets.
-VG fluidiques et fluidiques pulsés en cours d’étude mais nécessité d’apporter de l’énergie
(débit de gaz) Vjet nécessaire entre 200m/s (subsonique) et 500m/s (supersonique),
- jets synthétiques, même principe que les VG fluidiques pulsés mais sans apport
d’énergie
systèmes mécaniques en cours d’étude de type microvalve électrostatique (LPMO) ou
magnétostatique (IEMN) Æ à ce jour Vmax=100 à 150m/s
GDR-CDD n° 2
LEA-Poitiers 10 mai 2006
Générateur de jet synthétique par plasma
Principe
Vitesse de jet potentiellement très élevée
pas de pièces mobiles
GDR-CDD n° 2
LEA-Poitiers 10 mai 2006
Travaux de ll’université
’université Johns Hopkins
Jet Plasma ((Sparkjet)
Sparkjet) pour le contrôle d
’écoulements
d’écoulements
supersoniques
Paramètres influençant la vitesse du jet (calculs CFD):
•Volume de la cavité
•Energie déposée
Montage à 2 électrodes
GDR-CDD n° 2
LEA-Poitiers 10 mai 2006
•Diamètre de l’orifice
Travaux envisag
és et objectifs
envisagés
Contrôle des décollements et d’instabilités aérodynamiques
(écoulements subsoniques et transsoniques)
Etude Paramétrique:
Calculs CFD (CEDRE)
•Diamètre de l’orifice
•Energie déposée
Réalisation d’un prototype:
•Volume de la cavité
Mesures de vitesses
•Distance inter-électrode
Effets sur phénomènes aérodynamiques
Performances recherchées: - Vitesse du jet: 200 à 500 m/s
GDR-CDD n° 2
LEA-Poitiers 10 mai 2006
- Fréquence: 1 à 2kHz
Premiers calculs CEDRE (1/2)
Conditions initiales:
t= 20μs
t= 60μs
t= 200μs
• Température initiale dans la cavité: 1000K
• Température ambiante: 300K
• Pression initiale dans la cavité: 337750 Pa
• Pression ambiante: 101325 Pa
-275 m/s < Vitesse < 960 m/s
Vitesse du jet sur l'orifice
•Modèle: Navier-Stokes + K-L
700
•Maillage 2D-plan
600
500
•Diamètre de l’orifice: 0.5mm
Vitesse (m/s)
400
300
200
100
0
-100
0
50
100
150
-200
GDR-CDD n° 2
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Temps (micro-secondes)
200
250
Premiers calculs CEDRE (2/2)
Pression et température dans la cavité
t=200μs
1200
400000
350000
1000
Pression (Pascal)
300000
800
250000
600
200000
150000
400
100000
Température (Kelvin)
t=20μs
Pression
Température
200
50000
0
0
50
100
150
200
0
250
Temps (micro-seconde)
160K < T < 900K
Prochains calculs:
• Maillage 3D (géométrie de révolution)
•Etude paramétrique (variation du volume, du diamètre d’orifice, et de la température)
• Calculs du jet en présence d’écoulement
GDR-CDD n° 2
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Prototype de ll’actionneur
’actionneur
Configurations prévues:
• 4 profondeurs de chambre: 2, 3, 4 et 6mm
• 3 distances inter-électrodes: 1, 2 et 3mm
• 3 diamètres d’orifice: 0.5, 0.74 et 1mm
Evolutions à discuter:
• Matériaux électrode de masse?
•Configuration multi-électrodes?
•Barrière diélectrique?
•Forme extrémité d’anode?
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Circuit d
’alimentation éélectrique
lectrique
d’alimentation
2 options:
options
Circuit à « bobine » (type allumage automobile )
Alimentation haute tension +
décharge d’un condensateur (circuit RC)
¾
L’énergie déposée est donnée par ½.C.V2
¾
Le produit R x C et la tension de claquage V de l’actionneur fixent la
fréquence
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M
éthodes de mesure envisag
ées
Méthodes
envisagées
Mesures électriques: Courant, tension
(pont diviseur)
• Energie déposée
• Fréquence
Mesures aérodynamiques :
sans écoulement
Plan laser (qualitatif)
avec écoulement
Effet sur décollements
Mesure de la vitesse du jet
Ecoulements:
Fil chaud?
• proximité haute tension
Sonde de pression?
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• champ de température
- subsoniques
- transsoniques
11ères
ères visualisations par plan laser
Prototype - sans éécoulement
coulement
Forte densité homogène
de particules
Pélect.=0,4W
Nuage de particules
prés de l’orifice
Actionneur et électronique de commande en cours de réalisation
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