[发明专利]基于DBD放电结构的卡门涡街流场动态识别装置及方法

说明书

本发明涉及一种基于DBD放电结构的卡门涡街流场动态识别装置及方法。该装置包括：风洞与DBD放电结构相连接；发生体设于DBD放电结构的上电极板与下电极板之间，且垂直于DBD放电结构的上电极板；上电极板与所述下电极板平行；气体来流的流向与上电极板平行；上电极板为透明电极板；高频高压电源用于对上电极板以及下电极板施加高频高压交流电源；DBD放电结构内的气体来流被激发放电，产生等离子体；高速摄像机置于DBD放电结构的上方，高速摄像机的拍摄方向垂直于所述上电极板，高速摄像机用于基于等离子体的流动状态拍摄放电斑图；计算机用于根据连续拍摄的放电斑图确定卡门涡街流场图。本发明利用低成本的设备动态识别卡门涡街流场，操作简单，耗时短。

技术领域

本发明涉及卡门涡街流场动态识别领域，特别是涉及一种基于介质阻挡放电(Dielectric Barrier Discharges，DBD)放电结构的卡门涡街流场动态识别装置及方法。

背景技术

卡门涡街流场的动态识别对圆柱绕流问题的研究提供了重要的技术支持，常规实验型流场可视化实验中一般采用添加外部介质的粒子图像测速(PIV)、烟线、变色示踪、热成像等技术；基于光学相关方法的条纹法、干涉法、激光诱导荧光法等技术；以及添加能量的电束流方法研究分析实际应用中的流动过程。但这些方法存在着添加介质不均匀、光学试验台对环境要求高、添加能量改变被测流场环境、设备昂贵、操作复杂耗时长等问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于DBD放电结构的卡门涡街流场动态识别装置及方法，以解决设备昂贵、操作复杂耗时长等问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种基于DBD放电结构的卡门涡街流场动态识别装置，包括：风洞、DBD放电结构、发生体、高频高压电源、高速摄像机以及计算机；

所述风洞与所述DBD放电结构相连接；所述发生体设于所述DBD放电结构的上电极板与下电极板之间，且垂直于所述DBD放电结构的上电极板；所述上电极板与所述下电极板平行；所述风洞用于产生气体来流，所述气体来流的流向与所述上电极板平行；所述上电极板为透明电极板；所述发生体用于阻挡所述气体来流，产生卡门涡街；

所述高频高压电源用于对所述上电极板以及所述下电极板施加高频高压交流电源；所述DBD放电结构内的气体来流被激发放电，产生等离子体；

所述高速摄像机置于所述DBD放电结构的上方，所述高速摄像机的拍摄方向垂直于所述上电极板，所述高速摄像机用于基于所述等离子体的流动状态拍摄放电斑图；

所述计算机用于根据连续拍摄的放电斑图确定卡门涡街流场图；所述卡门涡街流场图用于动态识别所述DBD放电结构内的卡门涡街流场。

可选的，所述风洞，具体包括：依次连接的气瓶、减压阀、截止阀以及喷管；

所述风洞通入设定时间间隔的气体后，对所述DBD放电结构施加高频高压交流电源。

可选的，所述高频高压电源的电源频率大于1000Hz，工作电压大于1kV；

所述高速摄像机的拍摄速度最高达到每秒68万帧；所述高速摄像机的曝光时间T_e满足T_f≤T_e≤r/v，其中，T_f为放电电流周期，r为放电斑图内的斑点半径，v为气体流速，曝光间隔T满足2r/v≤T≤r_AB/v·θ_max，r_AB为斑点从A移动到B的弧对应的半径，θ_max为弧的最大角度。

可选的，所述上电极板具体包括：透明绝缘介质以及涂覆于所述透明绝缘介质上的透明导电薄膜；