Modelado y estudio fluidomecánico de los actuadores de plasma SDBD

Abstract

Los beneficios aerodinámicos que suponen el control del flujo que incide, por ejemplo, sobre la superficie de un perfil aerodinámico son múltiples: retraso de la transición de régimen laminar a turbulento, retraso del punto de separación, reducción de la resistencia aerodinámica, aumento de la sustentación… La obtención de dichos resultados ha sido objeto de estudio en los últimos años por investigadores, quienes encontraron una solución sencilla, barata y ligera para realizar estrategias de control de flujo activo: el uso de actuadores de plasma. Los actuadores de plasma son dispositivos eléctricos capaces de acelerar un flujo por medio de la creación de un campo eléctrico. En concreto, los actuadores de plasma de Descarga con Barrera Dieléctrica (DBD) han sido los mejores posicionados debido a sus ventajas: una corta respuesta en el tiempo, su bajo consumo de potencia, ausencia de partes móviles (baja complejidad mecánica), bajo peso, fáciles de constuir y de adaptar a la superficie que queremos estudiar es la carta de presentación de este dispositivo. Para poner en evidencia las ventajas de los actuadores DBD, existen en el mercado múltiples códigos comerciales, pero su complejidad, tanto matemática como computacional se escapa de nuestra zona de estudio. Para obtener resultados de una forma más sencilla, sin perder la exactitud y la precisión que se requieren, se ha desarrollado un modelo matemático mediante el sistema de cómputo numérico MATLAB basado en el modelo de Suzen-Huang (SH). Dichos resultados, además, serán correctamente contrastados con publicaciones e investigaciones precedentes para corroborar la validez del estudio. La ejecución de nuestro modelo se llevará a cabo, además, para distintas configuraciones físicas del actuador, maximizando aquellos parámetros que mejoran el comportamiento de nuestro actuador DBD con el fin de abarcar al máximo el problema en cuestión.

The aerodynamic benefits of controlling the Flow that affects, for example, the Surface of an airfoil are multiple: delay of transition from laminar regime to turbulent regime, delay of separation point, reduction of drag, increase of lift…The obtaining of these results has been an object of study in recent years by researchers, who have found a simple, cheap and lightweight solution to perform active flow control strategies: the use of plasma actuators. Plasma actuators are electrical devices capable of accelerating a flow through the creation of an electric field. Specifically, the Dielectric Barrier Discharge (DBD) actuators have been the best positioned due to their advantages: a short response time, low power consumption, absence of moving parts (low mechanical complexity), low weight, easy to build and adapt to the surface we want to study… is the letter of introduction of this device. In order to highlight the advantages of DBD actuatores, there are multiple comercial codes on the Marketplace, but their complexity, both mathematical and computational, escapes from our study área. To obtain results in a simpler way, without losing the accuracy and the precision that is required, a mathematical model has been developed through the numerical computation system MATLAB based on the Suzen-Huang (SH) model. In addition, these results will be contrasted with previous publications and research to corroborate the validity of the study. Besides, the execution of our model will be carried out for the different physical configurations of the actuator, maximizing those parameters that improve the behaviour of our DBD in order to cover the problema as much as posible.