بخشی از مقاله
خلاصه
هدف از این مطالعه، بررسی تجربی تغییرات ضریب درگ سیلندر دایرهای به وسیله فناوری پلاسما میباشد. مدل سیلندر دایرهای از دو سیلندر پشت سر هم و از جنس برنج ساخته شده، که دارای انتقال حرارت مناسب و مقاومت در برابر اکسیده شدن است و به عنوان دو الکترود مورد استفاده قرار میگیرند. بنابراین مدل در تونل باد سرعت پایین به صورت موازی با خط مرکزی تونل باد قرار می گیرد. مدل سیلندر دایرهای دارای طول 44mm، قطر 7mm و فاصله گپ بین دو الکترود 12mm میباشد.
در این آزمایش ها از سه زاویه حمله -4 - ، 0، - 8,4 درجه استفاده شده است. نوع منبع تغذیه ای که ولتاژ بالا 30kv را تولید میکند و به عنوان ژنراتور آیرودینامیکی استفاده شده، نوع AC میباشد. در این آزمایش ها از تونل باد مادون صوت نوع مدار باز دمشی که دارای حداکثر سرعت 16m/s است، استفاده شده است.
سپس با استفاده از روابط ترومودینامیک آماری و نظریه جنبشی گازها محاسباتی برای فشار، نیروی درگ، دانسیته و ضریب درگ فشاری صورت گرفت. نتایج به دست آمده دارای بیشترین مقدار دانسیته است و نشان میدهد که دانسیته با تحریکپذیری الکترونها رابطه مستقیم دارد. همچنین با افزایش سرعت جریان باد، ضریب درگ فشاری به مقدار 20% کاهش مییابد. در میان سه زاویه حمله -4 - ، 0، - 8,4 زاویه حمله - -4 - دارای میینیمم مقدار ضریب درگ میباشد.
مقدمه
پلاسما یک گاز یونیزه شبه خنثی است که از تعداد زیادی از گونه های مختلف ذرات از قبیل الکترونها، رادیکال های آزاد و مولکول های گاز در حالت پایه یا برانگیخته میباشد که نیروی بلند برد کولنی بر آن حاکم است و در برابر عوامل خارجی از خود رفتار دسته جمعی نشان میدهد. پلاسما به عنوان حالت چهارم ماده نیز شناخته میشود. پلاسما براساس شرایط فشار، دما، رطوبت و مولکول های باد شروع به شکلگیری میکند و میتوان پلاسما را با اعمال هر نوع عامل خارجی که توانایی یونیزه کردن گاز را داشته باشد، از قبیل اعمال میدانهای الکتریکی قوی یا دادن انرژی به گاز از طریق شیمیایی، مکانیکی، حرارتی یا تابشی تولید کرد. پس پلاسما یک محیط شیمیایی فعال و پرانرژی خواهد بود که ترکیبی است از ذرات و اشعه های انرژی دار که به طور معمول از روش های دیگر قابل دسترسی نیستند.
پلاسماها به وسیلهی پارامترهای خارجی و یا پارامترهای داخلی، توصیف میگردد. مهمترین پارامترهای داخلی مشخصکننده پلاسما عبارتند از:
.1 چگالی ذرات خنثی n ، الکترونها n ، یونها n .
.2 کسر یونیزاسیون که نسبت چگالی ذرات باردار در پلاسما به چگالی کل ذرات میباشد. کسر یونیزاسیون از 10-2 تا 10-6 در اغلب پلاسماهای ضعیف یونیزه تغییر میکند.
.3 سومین پارامتر داخلی بسیار مهم پلاسما، تابع توزیع انرژی الکترون - EEDF - و انرژی متوسط الکترونی وابسته به آن، که اغلب بر حسب الکترونولت بیان میشود - eV - ، میباشد.
.4 دیگر پارامترهای مهم پلاسما عبارتند از: درجهی یونیزاسیون، طول دبای و فرکانس پلاسما.
پارامترهای خارجی عبارتند از: اندازه پلاسما، جنس الکترودها - فلز خالص و یا فلز پوشانده شده با دیالکتریک - ، هندسه الکترودها، فشار گاز، نوع گاز و مشخصات ولتاژ اعمالی از قبیل شکل، دامنه، فرکانس و دوره کار.
طبقهبندی پلاسما براساس دمای پلاسما
به طور کلی میتوان پلاسما را به دو دستهی پلاسمای دمابالا - پلاسمای همجوشی - و پلاسمای دماپایین - تخلیههای گازی - تقسیمبندی کرد. خود پلاسمای دماپایین نیز به دو شاخهی پلاسمای حرارتی و غیرحرارتی - پلاسمای سرد - تقسیم می-شوند. در جدول -1 مشخصات هر کدام از این دستهبندیها آورده شده است:
جدول :-1 طبقهبندی پلاسما براساس دمای پلاسما و ویژگیهای آنها
پلاسماهای حرارتی عموماً توسط مشعلهای پلاسمایی یا دستگاههای مایکروویو تولید میشوند و به دلیل دمای بالایی که تولید میکنند در صنعت امحا زباله یا اسپری کردن مواد در لایه نشانیها و.... مورد استفاده قرار میگیرند. به این پلاسما، پلاسمای تعادلی نیز گفته میشود، زیرا که تمامی ذرات تشکیلدهنده آن با هم در تعادل دمایی قرار دارند.
پلاسمای غیرحرارتی یا پلاسمای سرد نیز با نام پلاسمای غیرتعادلی هم شناخته میشود، زیرا دمای الکترونهای آن با سایر ذرات بسیار متفاوتاند. در پلاسمای سرد الکترونهای پرانرژی تولید میشود و این در حالی است که یونها و سایر ذرات در همان دمای اتاق باقی میمانند. بنابراین میتوان از این طریق بسته به کاربرد موردنظر، پلاسماهای با دمای متفاوتی تولید کرد.
از این نوع پلاسما بیشتر در مصارف پزشکی و فرآیندهای اصلاح سطح استفاده میشود. پلاسما در رنج گستردهای از دما و فشار قابل تولید هستند. طبق جدول فوق بسته به پارامترهای مؤثر در تشکیل پلاسما همانند فشار، نوع گاز، پیکربندی دستگاه، منبع تغذیهی مورد استفاده و... میتوانیم پلاسماهایی با دمای کمتر از دمای اتاق تا پلاسماهایی با دمای بالاتر از دمای سطح خورشید تولید کنیم، کهمسلماً هر کدام کاربردها و مزایای خود را خواهند داشت.
ضریب درگ فشاری
درگ یک نیروی مکانیکی است. این نیرو در اثر تماس جسم جامد در حال حرکت در یک سیال - گاز یا مایع - تولید میشود. برای اینکه درگ تولید شود جسم جامد حتما باید با سیال در تماس باشد. نیروی درگ همچنین در اثر تفاوت سرعت بین جسم جامد و سیال نیز تولید میشود.
درگ همانند نیروی اصطکاک همیشه در خلاف جهت حرکت جسم است. چون هم دارای مقدار و هم جهت است، در نتیجه یک بردار است. که با تغییر زاویه حمله، سرعت، مساحت بادخور و دانسیته جسم تغییر خواهد کرد. ضریب درگ یا ضریب پسار یک کمیت بدون بعد است که در علم دینامیک سیالات و برای محاسبه نیروی پسار وارد بر یک جسم در حال حرکت در یک سیال مورد استفاده است.
درگ فشاری در اثر اختلاف فشار عقب و جلوی جسم به وجود میآید. در پشت هر جسم به تناسب شکل آن جسم، گردابههایی پشت جسم به وجود میآید که دارای خلاء فشاری هستند، یعنی فشار آنها کمتر از فشار جریان سیال است. پس پشت هر جسمی که این گردابهها وجود دارد، یک کمبود فشار دارد و در عوض فشار جلوی جسم زیاد است و نیرویی بر خلاف حرکت جسم ایجاد میکند.
شکل .1 جریان روی یک ایرفویل و ناحیه درگ فشاری.
همانطور که در شکل 1 معلوم است در ناحیه جدا شده، جریان به صورت گردابهای حرکت میکند و فشار در آن ناحیه افت میکند.
