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Modeling of Fluid Dynamics and Heat Transfer Induced by Dielectric Barrier Plasma Actuator

机译：介质阻挡等离子体致动器引起的流体动力学和传热建模

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Glow discharge at atmospheric pressure using a dielectric barrier discharge can induce fluid flow, and can be used for active control of aerodynamics and heat transfer. In the present work, a modeling framework is presented to study the evolution and interaction of such athermal nonequilibrium plasma discharges in conjunction with low Mach number fluid dynamics and heat transfer. The model is self-consistent, coupling the first-principles-based discharge dynamics with the fluid dynamics and heat transfer equations. Under atmospheric pressure, the discharge can be simulated using a plasma-fluid instead of a kinetic model. The plasma and fluid species are treated as a two-fluid system coupled through force and pressure interactions, over decades of length and time scales. The multiple-scale processes such as convection, diffusion, and reaction/ionization mechanisms make the transport equations of the plasma dynamics stiff. To handle the stiffness, a finite-volume operator-split algorithm capable of conserving space charge is employed. A body force treatment is devised to link the plasma dynamics and thermo-fluid dynamics. The potential of the actuator for flow control and thermal management is illustrated using case studies.
机译：使用介电势垒放电在大气压下进行的辉光放电可引起流体流动，并可用于主动控制空气动力学和热传递。在目前的工作中，提出了一个建模框架来研究这种非热非平衡等离子体放电与低马赫数流体动力学和热传递的演化和相互作用。该模型是自洽的，将基于第一原理的排放动力学与流体动力学和传热方程相结合。在大气压下，可以使用等离子流体而不是动力学模型来模拟放电。在数十年的时间长度和时间尺度上，血浆和流体物质被视为通过力和压力相互作用耦合的双流体系统。对流，扩散和反应/电离机制等多尺度过程使等离子体动力学的输运方程变硬。为了处理刚度，采用了能够节省空间电荷的有限体积算子拆分算法。设计了一种体力治疗方法，以将等离子体动力学和热流体动力学联系起来。通过案例研究说明了执行器在流量控制和热管理方面的潜力。

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