[發明專利]基于DBD放電結構的卡門渦街流場動態識別裝置及方法

在審

• 申請號: 202110551211.4
• 申請日: 2021-05-20
• 公開（公告）號: CN113295375A
• 公開（公告）日: 2021-08-24
• 發明（設計）人: 唐井峰;周德勝;于達仁;唐邈;張浩然
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01M9/06
• 分類號: G01M9/06;H05H1/24
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 韓雪梅

本發明涉及一種基于DBD放電結構的卡門渦街流場動態識別裝置及方法。該裝置包括：風洞與DBD放電結構相連接；發生體設于DBD放電結構的上電極板與下電極板之間，且垂直于DBD放電結構的上電極板；上電極板與所述下電極板平行；氣體來流的流向與上電極板平行；上電極板為透明電極板；高頻高壓電源用于對上電極板以及下電極板施加高頻高壓交流電源；DBD放電結構內的氣體來流被激發放電，產生等離子體；高速攝像機置于DBD放電結構的上方，高速攝像機的拍攝方向垂直于所述上電極板，高速攝像機用于基于等離子體的流動狀態拍攝放電斑圖；計算機用于根據連續拍攝的放電斑圖確定卡門渦街流場圖。本發明利用低成本的設備動態識別卡門渦街流場，操作簡單，耗時短。

技術領域

本發明涉及卡門渦街流場動態識別領域，特別是涉及一種基于介質阻擋放電(Dielectric Barrier Discharges，DBD)放電結構的卡門渦街流場動態識別裝置及方法。

背景技術

卡門渦街流場的動態識別對圓柱繞流問題的研究提供了重要的技術支持，常規實驗型流場可視化實驗中一般采用添加外部介質的粒子圖像測速(PIV)、煙線、變色示蹤、熱成像等技術；基于光學相關方法的條紋法、干涉法、激光誘導熒光法等技術；以及添加能量的電束流方法研究分析實際應用中的流動過程。但這些方法存在著添加介質不均勻、光學試驗臺對環境要求高、添加能量改變被測流場環境、設備昂貴、操作復雜耗時長等問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于DBD放電結構的卡門渦街流場動態識別裝置及方法，以解決設備昂貴、操作復雜耗時長等問題。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：

一種基于DBD放電結構的卡門渦街流場動態識別裝置，包括：風洞、DBD放電結構、發生體、高頻高壓電源、高速攝像機以及計算機；

所述風洞與所述DBD放電結構相連接；所述發生體設于所述DBD放電結構的上電極板與下電極板之間，且垂直于所述DBD放電結構的上電極板；所述上電極板與所述下電極板平行；所述風洞用于產生氣體來流，所述氣體來流的流向與所述上電極板平行；所述上電極板為透明電極板；所述發生體用于阻擋所述氣體來流，產生卡門渦街；

所述高頻高壓電源用于對所述上電極板以及所述下電極板施加高頻高壓交流電源；所述DBD放電結構內的氣體來流被激發放電，產生等離子體；

所述高速攝像機置于所述DBD放電結構的上方，所述高速攝像機的拍攝方向垂直于所述上電極板，所述高速攝像機用于基于所述等離子體的流動狀態拍攝放電斑圖；

所述計算機用于根據連續拍攝的放電斑圖確定卡門渦街流場圖；所述卡門渦街流場圖用于動態識別所述DBD放電結構內的卡門渦街流場。

可選的，所述風洞，具體包括：依次連接的氣瓶、減壓閥、截止閥以及噴管；

所述風洞通入設定時間間隔的氣體后，對所述DBD放電結構施加高頻高壓交流電源。

可選的，所述高頻高壓電源的電源頻率大于1000Hz，工作電壓大于1kV；

所述高速攝像機的拍攝速度最高達到每秒68萬幀；所述高速攝像機的曝光時間T_e滿足T_f≤T_e≤r/v，其中，T_f為放電電流周期，r為放電斑圖內的斑點半徑，v為氣體流速，曝光間隔T滿足2r/v≤T≤r_AB/v·θ_max，r_AB為斑點從A移動到B的弧對應的半徑，θ_max為弧的最大角度。

可選的，所述上電極板具體包括：透明絕緣介質以及涂覆于所述透明絕緣介質上的透明導電薄膜；