Diagnostic et modélisation d'une décharge à barrière diélectrique pour le contrôle d'écoulement

Diagnostic and modeling of surface dielectric barrier discharges fore flow control

• Auteur / Autrice : Youssef Lagmich
• Direction : Jean-Pierre Boeuf
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie électrique
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Toulouse 3

Mots clés

Mots clés contrôlés

Électrofluidodynamique

Expériences

Écoulement de culot (aérodynamique)

Décharges électriques dans les gaz

Plasmas (gaz ionisés)

Propulsion par réaction

Dispositifs à plasma

Dispositifs diélectriques

Mots clés libres

Plasma froid

Décharge à barrière diélectrique

Dbd

Actionneurs plasmas

Contrôle d'écoulement

Force électrohydrodynamique

Ehd

Modélisation

Résumé

"Les plasmas atmosphériques de surface peuvent agir sur la couche limite d'un écoulement. Plus types d'actionneurs plasma sont actuellement étudiés. Les objectifs dans le domaine aérodynamique peuvent être le contrôle de transition laminaire-turbulent, la diminution de traînée, l'augmentation de la portance la réduction du bruit et de la consommation. L'avantage des actionneurs plasma est leur simplicité, et la possibilité de commutation rapide. Dans cette thèse nous nous sommes intéressés aux actionneurs plasma constitués par des décharges à barrière diélectrique (DBD) de surface. L'objectif a été, à l'aide de modèle auto-cohérents de décharges, et d'expérimentation dans des conditions simples et contrôlées, de comprendre le fonctionnement de ces décharges, et l'origine de la force électrohydrodynamique (EHD) qu'elles génèrent. Nous avons mis en évidence le fait que cette force EHD est de même nature que celle associée au " vent ionique " dans les décharges couronnes. Les résultats montrent que la force EHD est due à la formation d'un nuage d'ions au-dessus de la surface du diélectrique, et qui dérive dans le champ électrique appliqué. Les claquages se produisant au-dessus du diélectrique contribuent peu à la force EHD. Les ions positifs et les ions négatifs contribuent à la force EHD : les ions positifs pendant la phase positive du cycle (anode au-dessus du diélectrique), et les ions négatifs pendant la phase négative (cathode au-dessus du diélectrique). La force EHD moyenne générée dans une DBD de surface par unité de longueur d'électrode est de l'ordre de 50 mN/m avec efficacité de l'ordre de 0. 2 mN/W. Les expériences mises en œuvre dans cette thèse confirment l'interprétation des modèles. D'autre part les résultats des simulations donnent des tendances en excellent accord avec les mesures expérimentales disponibles. "

Surface plasmas can modify the boundary layer of a flow along an airfoil. Several types of plasma actuators are being studied in different laboratories. In aerodynamic applications, these plasma actuators could be used to increase performance and reduce energy consumption, by controlling the transition between laminar and turbulent regimes, reducing drag, controlling lift and reducing noise. The advantages of plasma actuators are their simplicity and the possibility to electrically control the actuator, without moving mechanical pieces. In this work, we have focused on plasma actuators based on surface dielectric barrier discharge (DBDs). The goal was to develop self-consistent discharge models and simple experiments under controlled conditions to understand in detail the physics of the surface DBDs and of the electrohydrodynamic (EHD) force generated in these discharges. We have shown that the EHD force in surface DBDs is of the same nature as the force associated with the "ion wind" in corona discharge. Results show that the EHD force is due to the development of ion clouds generated above the dielectric surface and drifting in the large electric field. The contribution of the current peaks associated with periodic breakdown above the surface to the EHD force is negligible. Both positive and negative ions contribute to the force: positive ions during the positive part of the cycle (when the electrode above the dielectric surface is the anode), negative ions during the negative part of the cycle (cathode above the dielectric surface). The average EHD force per unit length in a surface DBD is on the order of 50 mN/m, with an efficiency of about 0. 2 mN/W. Experiments developed in this work confirm the physical description of the surface DBD provided by the model. The trends predicted by the simulation results are in excellent agreement with available experimental results.