Analyse expérimentale et modélisation numérique d'un actionneur plasma de type jet synthétique PDF Download
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Author: François Laurendeau Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 0
Book Description
De nombreuses recherches sont actuellement menées afin de réduire les émissions polluantesdes aéronefs. Le contrôle actif des écoulements aérodynamiques est une piste envisagéepour répondre à ces enjeux. Parmi les technologies de contrôle en développement, lestechnologies plasma offrent plusieurs avantages, dont la compacité, la simplicité de mise enoeuvre et la réactivité. Ce travail de thèse a été consacré à l'étude d'un actionneur plasmade type jet synthétique. Il se présente sous la forme d'une petite cavité insérée en paroiet reliée à l'extérieur par une tuyère. Un arc électrique est généré dans la cavité, ce quientraîne une augmentation de la pression de l'air dans celle-ci. Par conséquent, un jet estproduit à la sortie de la tuyère, et celui-ci peut interagir avec l'écoulement extérieur. A lasuite de cette phase d'éjection, de l'air extérieur est naturellement aspiré par la cavité, cequi permet au processus d'être répété à des fréquences pouvant atteindre plusieurs kilohertz.L'objectif de ce travail de thèse est de construire un modèle numérique capable dereproduire ces phénomènes physiques. Pour cela, un calcul aérodynamique de type LargeEddy Simulation est mis en oeuvre. L'action du plasma d'arc est prise en compte au traversde termes sources dans l'équation de l'énergie. Ces derniers sont notamment calculés grâceà l'hypothèse d'équilibre thermodynamique local dans le plasma. De plus, l'augmentationde la température dans la partie solide de l'actionneur est simulée lorsque celui-ci est opéréà haute-fréquence. Les résultats du modèle numérique sont comparés à des mesures de vitesseeffectuées lorsque l'actionneur fonctionne dans un environnement extérieur au reposet lorsque celui-ci interagit avec une couche limite.
Author: François Laurendeau Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 0
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De nombreuses recherches sont actuellement menées afin de réduire les émissions polluantesdes aéronefs. Le contrôle actif des écoulements aérodynamiques est une piste envisagéepour répondre à ces enjeux. Parmi les technologies de contrôle en développement, lestechnologies plasma offrent plusieurs avantages, dont la compacité, la simplicité de mise enoeuvre et la réactivité. Ce travail de thèse a été consacré à l'étude d'un actionneur plasmade type jet synthétique. Il se présente sous la forme d'une petite cavité insérée en paroiet reliée à l'extérieur par une tuyère. Un arc électrique est généré dans la cavité, ce quientraîne une augmentation de la pression de l'air dans celle-ci. Par conséquent, un jet estproduit à la sortie de la tuyère, et celui-ci peut interagir avec l'écoulement extérieur. A lasuite de cette phase d'éjection, de l'air extérieur est naturellement aspiré par la cavité, cequi permet au processus d'être répété à des fréquences pouvant atteindre plusieurs kilohertz.L'objectif de ce travail de thèse est de construire un modèle numérique capable dereproduire ces phénomènes physiques. Pour cela, un calcul aérodynamique de type LargeEddy Simulation est mis en oeuvre. L'action du plasma d'arc est prise en compte au traversde termes sources dans l'équation de l'énergie. Ces derniers sont notamment calculés grâceà l'hypothèse d'équilibre thermodynamique local dans le plasma. De plus, l'augmentationde la température dans la partie solide de l'actionneur est simulée lorsque celui-ci est opéréà haute-fréquence. Les résultats du modèle numérique sont comparés à des mesures de vitesseeffectuées lorsque l'actionneur fonctionne dans un environnement extérieur au reposet lorsque celui-ci interagit avec une couche limite.
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L’amélioration des performances aérodynamiques et environnementales est un enjeu majeur dans le domaine des transports terrestres et aériens. Pour pouvoir répondre à ses exigences, une des solutions est de contrôler les écoulements. Pour cela, des actionneurs performants sont nécessaires. Une technique innovante, le jet synthétique par plasma (JSP), consiste à appliquer une décharge haute tension dans une micro cavité. Un plasma est ainsi créé dans la chambre augmentant en quelques microsecondes la température et la pression du gaz générant un micro-jet par l’orifice de l’actionneur. Le but de la thèse est de développer cet actionneur, d’en comprendre son fonctionnement et de le mettre en oeuvre pour contrôler le bruit d’un jet subsonique à grand nombre de Mach.La première partie de l’étude s’applique à définir les besoins pour le contrôle d’écoulement et de réaliser un prototype d’actionneur. Il est ensuite caractérisé expérimentalement par des mesures de la décharge électrique et de l’aérodynamique du micro-jet. En s’inspirant du modèle de Braginskii, un modèle simple de la décharge électrique est réalisé et appliqué au JSP. Le rendement de l’actionneur en est déduit. Le modèle de Braginskii modifié est ensuite couplé à une modélisation URANS ce qui permet de simuler le fonctionnement en fréquence de l’actionneur. Ces résultats sont ensuite comparés avec les mesures de l’aérodynamique du micro-jet et montrent un excellent accord.L’actionneur est ensuite mis en application pour contrôler le bruit de jet. En premier lieu, des visualisations par strioscopie de l’interaction des micro-jets avec le jet principal sont effectuées. Des mesures acoustiques sont ensuite réalisées etmettent en évidence que les JSP sont de bons candidats pour contrôler le bruit de jet.
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CETTE THESE A POUR BUT DE MODELISER LES JETS DE PLASMA D'AZOTE, REALISES AU LABORATOIRE D'AEROTHERMIQUE. CES JETS SONT A HAUTE ENTHALPIE ET A BASSE PRESSION POUR SIMULER ET ANALYSER LES PHENOMENES PLASMAGENES APPARAISSANT LORS DE LA RENTREE ATMOSPHERIQUE DES ENGINS SPATIAUX. DANS CES CONDITIONS, LE JET DE PLASMA CONSTITUE UN MILIEU CONTINU EN ECOULEMENT LAMINAIRE, QUE L'ON PEUT MODELISER PAR LES EQUATIONS DE NAVIER-STOKES. LA COMPLEXITE DE CES EQUATIONS A NECESSITE LES ETUDES SUIVANTES. ETUDE DE TRANSFERT ENERGETIQUE DANS LE GENERATEUR DE PLASMA A ARC PAR L'UTILISATION DE L'EQUATION DE BILAN D'ENERGIE GLOBALE AFIN DE DETERMINER LE TAUX DE DISSOCIATION DE L'AZOTE, PARAMETRE IMPORTANT POUR LE CHOIX DES CONDITIONS AUX LIMITES ET INITIALES. ANALYSE DE LA CINETIQUE CHIMIQUE D'UN PLASMA D'AZOTE COMPOSE DE CINQ ESPECES (DEUX ESPECES NEUTRES N#2 ET N, DEUX IONS N#2#+ ET N#+, ET ELECTRON). IL A ETE MONTRE, QUELLES QUE SOIENT LES CONDITIONS INITIALES LA PREDOMINANCE DE N#2 SUR N, DE N#2#+ SUR N#+, DES ESPECES NEUTRES SUR LES ESPECES CHARGEES AINSI QUE LA FAIBLE INFLUENCE DES ESPECES CHARGEES SUR LA CHIMIE DES ESPECES NEUTRES. ETUDE DES COEFFICIENTS DE TRANSPORT (VISCOSITE, CONDUCTIVITE, DIFFUSION) A PARTIR DE PLUSIEURS MODELES. LES RESULTATS OBTENUS PAR LE MODELE DE BONNEFOI ONT ETE ADAPTES AUX FORMULES DE BLOTTNER (VISCOSITE), D'EUCKEN (CONDUCTIVITE), DE LEE (DIFFUSION) AVEC LA FORMULE DE WILKE (MELANGE N#2-N), POUR ETRE ENSUITE INTRODUITS DANS LES EQUATIONS DE NAVIER-STOKES. ANALYSE D'UN MODELE THERMODYNAMIQUE POUR UN GAZ A PLUSIEURS ESPECES (N#2 ET N) EN DESEQUILIBRE THERMIQUE (TEMPERATURES DE TRANSLATION ET DE VIBRATION). PRESENTATION D'UN MODELE NUMERIQUE CONSTRUIT A PARTIR DE LA METHODE DE VOLUME FINI AVEC SCHEMA IMPLICITE SUR LES TERMES SOURCE ET SUR LES TERMES DE FLUX NON-VISQUEUX (DECOMPOSITION DE YOON), SCHEMA EXPLICITE SUR LES TERMES DE FLUX NON-VISQUEUX DU RESIDU (DECOMPOSITION DE STEGER-WARMING). LES RESULTATS DES ETUDES PREALABLES SONT UTILISES DANS LE CODE NUMERIQUE INCA POUR EFFECTUER LA MODELISATION DES JETS SUPERSONIQUES DE PLASMA D'AZOTE. LES RESULTATS OBTENUS SONT SATISFAISANTS, EN ACCORD AVEC LES MESURES EXPERIMENTALES EN CE QUI CONCERNE LA PRESSION ET LA TEMPERATURE DE TRANSLATION, MAIS PAS AVEC LE PROFIL DE LA TEMPERATURE DE VIBRATION, CE QUI A NECESSITE D'ELABORER UN CODE DE RESOLUTION DE L'EQUATION DE CONSERVATION DE L'ENERGIE VIBRATIONNELLE PAR LA METHODE DE VOLUME FINI AVEC SCHEMA EXPLICITE ET DECOMPOSITION DE FLUX DE STEGER-WARMING. LES PROFILS DE TEMPERATURE DE VIBRATION OBTENUS PAR CE DERNIER CODE SONT COMPARES AVEC LES RESULTATS EXPERIMENTAUX
Author: Konstantinos Kourtzanidis Publisher: ISBN: Category : Languages : en Pages : 0
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As aerodynamic flow control still remains one of the top subjects of research in the aerospace scientific world, new ways to perform such a control are being constantly studied. Plasma actuators based on momentum or energy addition in the flow, have been proven capable of positively modifying the flow aerodynamic features. Nevertheless, the development and optimization of such actuators, require further understanding of the basic multi-scale physics involved. In this thesis, we are interested in the numerical modeling of plasma flow control actuators. Three types of plasma actuators are considered: Microwave Plasma Discharges (MPD), the Dielectric Barrier Discharge (DBD) and the Plasma Synthetic Jet (PSJ). Concerning MPDs, a novel implicit approach has been developed which with have enabled three-dimensional simulations in time domain in reduced CPU time. The microwave breakdown and evolution of the plasma due to the electromagnetic waves has been studied numerically, demonstrating the three-dimensional nature of such discharges. Coupling of the EM-plasma model with an Euler based solver accounting for real gas effects, have revealed the plasma modification due to the intense gas heating. For the PSJ actuator, the numerical solver consists of three coupled numerical models and the obtained results of its operation offer important information of its performance and its limits. The DBD actuator has been numerically studied using 2 different solvers (based on the same physical model). Both solvers were capable to give quite accurate estimations of the induced force due to the plasma and various parametric studies have been conducted. These studies offer new perspectives in the understanding and the optimization of plasma actuators for flow control purposes.
Author: A. Alonso-Concheiro Publisher: Elsevier ISBN: 1483153274 Category : Technology & Engineering Languages : en Pages : 657
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Real Time Digital Control Applications is a compilation of papers presented at the Symposium on Real-Time Digital Control Applications, sponsored by the International Federation of Automatic Control (IFAC) and the International Federation for Information Processing (IFIP), held in Guadalajara, Mexico. The event is organized to provide developing countries with the opportunity to gain insights -- from the sharing of ideas and experiences of experts from around the world to the rapid growth and development of applications of real-time digital control systems, which is considered as the basis of industrial revolution. The book presents and discusses the various scientific, industrial, and technical applications of real-time digital control systems. Applications in power generation, water, metal processing, cement, food, and manufacturing industries are shown. The text also covers applications in robotics, biomedicine, monitoring and failure detection, fuel optimization and heat control, adaptive process control, modeling, and computer software. Industrial engineers, scientists, economists, computer scientists, robotics experts, planners, and technicians will find this book invaluable.
Author: François Laurendeau
Author: François Laurendeau
Author: Pierrick Hardy
Author: Ok-Ho Chang
Author: Jacques Xing
Author: Konstantinos Kourtzanidis
Author: Nicolas Getin
Author: Canada. Patent Office
Author: A. Alonso-Concheiro