Publication
Modelação experimental para otimização de atuadores a plasma com aplicações em termofluidodinâmica
| datacite.subject.fos | Engenharia e Tecnologia::Engenharia Mecânica | pt_PT |
| dc.contributor.advisor | Marques, José Carlos Páscoa | |
| dc.contributor.advisor | Trancossi, Michele | |
| dc.contributor.author | Rodrigues, Frederico Miguel Freire | |
| dc.date.accessioned | 2019-08-06T14:24:38Z | |
| dc.date.available | 2019-08-06T14:24:38Z | |
| dc.date.issued | 2019-06 | |
| dc.description.abstract | Os atuadores a plasma são dispositivos de grande simplicidade mas com capacidade comprovada para aplicações nas áreas de controlo ativo de escoamentos e de transferência de calor. Estes dispositivos inovadores apresentam diversas características bastante atrativas tais como, fabricação de elevada simplicidade, peso reduzido, rápido tempo de resposta, baixo consumo de potência e robustez. O presente trabalho foca-se no estudo de atuadores a plasma tendo em vista a otimização destes dispositivos e a sua aplicação em termofluidodinâmica. A interferência eletromagnética gerada pela formação de plasma impossibilita a utilização de diversas técnicas de laboratório convencionais. Como tal, foi idealizada uma instalação experimental baseada em diversas técnicas experimentais que permitem ultrapassar os problemas causados pela interferência eletromagnética. Para além disso, uma técnica experimental não-intrusiva baseada em princípios calorimétricos foi idealizada tendo em vista a quantificação da potência calorifica gerada pela atuação do plasma. Recorrendo à instalação experimental concebida, foi realizada uma análise exaustiva sobre o escoamento induzido por atuadores a plasma de barreira dielétrica de descarga (DBD), incluindo visualizações do jato de parede induzido e medições das velocidades do escoamento. A influência da espessura da camada dielétrica foi avaliada, bem como a influência de diferentes materiais dielétricos. Na análise de diferentes materiais dielétricos, três materiais dielétricos foram propostos como materiais alternativos para a fabricação de atuadores a plasma. A potência mecânica e a eficiência mecânica foram também quantificadas para diferentes espessuras de camada dielétrica e diferentes materiais dielétricos. O conceito de uma nova configuração de atuadores a plasma, designada de “Stair Shaped Dielectric Barrier Discharge Plasma Actuator”, foi apresentado e testado experimentalmente. Foi demonstrado que esta nova configuração permite melhorar a eficiência de atuadores a plasma, sendo que também apresenta uma excelente durabilidade da camada dielétrica. Uma possível aplicação de atuadores a plasma dentro da área do controlo ativo de escoamentos consiste na redução da esteira de veículos. Como tal, um corpo “Ahmed” e um “Backward-facing step” foram testados em túnel de vento e a capacidade de atuadores a plasma para redução da esteira foi demonstrada. As propriedades térmicas de atuadores a plasma foram também analisadas durante o presente trabalho. A potência calorífica gerada por atuadores a plasma DBD foi quantificada e os mecanismos de geração de calor por detrás do funcionamento de atuadores a plasma foram explicados. Os campos de temperatura à superfície de diferentes atuadores a plasma foram obtidos através de termografia de infravermelhos para condições de ar quiescente e também sob influência de um escoamento externo imposto. A influência do escoamento externo no campo de temperaturas de superfície foi também discutida. Um novo sistema de proteção de gelo e controlo de escoamento baseado na impressão de atuadores a plasma DBD de descarga por deslizamento foi proposto. | pt_PT |
| dc.description.abstract | Plasma actuators are simple devices with proved ability for applications within the active flow control and heat transfer fields. These innovative devices present several attractive features such as their simple construction, very low mass, fast response, low power consumption, and robustness. The present work focus on the study of plasma actuators considering its optimization and its application in thermo-fluid dynamics. The electromagnetic interference generated by the plasma actuation turns impossible the use of several conventional laboratory techniques. Therefore, an experimental setup was devised considering several techniques which allow to overcome the electromagnetic interference issue. Furthermore, a new non-intrusive experimental technique based on calorimetric principles was devised in order to quantify the heat power generated during the plasma actuators operation. By using the experimental setup, an exhaustive analysis of the flow induced by dielectric barrier discharge (DBD) plasma actuators was performed, including visualizations of the induced wall jet and induced velocity measurements. The influence of the dielectric material thickness was evaluated as well as the influence of different dielectric materials. In the analysis of different dielectric materials, three dielectric materials were proposed as alternative materials for plasma actuators fabrication. The mechanical power and mechanical efficiency were also quantified for different thicknesses and different dielectric materials. The concept of a new configuration of plasma actuators, designated by “Stair Shaped Dielectric Barrier Discharge Plasma Actuator”, was presented and experimentally tested. It is shown that this new configuration allows to improve the efficiency of plasma actuators and it also presents a very good dielectric layer durability. One possible application of plasma actuators within the active flow control field consists on the vehicle wake reduction. Therefore, an Ahmed body and a backward-facing step were tested in a wind tunnel and the ability of plasma actuators to reduce the wake was shown. Plasma actuators thermal characteristics were also analysed in the present work. The heat power generated by DBD plasma actuators was quantified and the heat generation mechanisms behind the plasma actuators operation were explained. Surface temperature fields of different plasma actuators were obtained by infra-red thermography for quiescent flow conditions and also under influence of an imposed external flow. The influence of the external flow on the surface temperature field was also discussed. A novel ice protection and flow control system based on printed sliding Dielectric Barrier Discharge plasma actuators was proposed. | pt_PT |
| dc.description.abstract | Atuadores a plasma, controlo ativo de escoamentos, caracterização térmica, degelo | pt_PT |
| dc.identifier.tid | 101596766 | |
| dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/10400.6/7161 | |
| dc.language.iso | por | pt_PT |
| dc.relation | Flow Physics of Coanda Nozzles under Dielectric Barrier Discharge Plasma Actuators | |
| dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ | pt_PT |
| dc.subject | Termofluidodinâmica - Atuadores a plasma - Optimização | pt_PT |
| dc.subject | Termofluidodinâmica - Atuadores a plasma - Controlo do escoamento | pt_PT |
| dc.subject | Termofluidodinâmica - Atuadores a plasma - Comportamento térmico | pt_PT |
| dc.title | Modelação experimental para otimização de atuadores a plasma com aplicações em termofluidodinâmica | pt_PT |
| dc.type | doctoral thesis | |
| dspace.entity.type | Publication | |
| oaire.awardTitle | Flow Physics of Coanda Nozzles under Dielectric Barrier Discharge Plasma Actuators | |
| oaire.awardURI | info:eu-repo/grantAgreement/FCT/FARH/SFRH%2FBD%2F110529%2F2015/PT | |
| oaire.fundingStream | FARH | |
| person.familyName | Rodrigues | |
| person.givenName | Frederico | |
| person.identifier | 814114 | |
| person.identifier.ciencia-id | 451F-14AE-2B4F | |
| person.identifier.orcid | 0000-0001-8904-607X | |
| person.identifier.scopus-author-id | 56489820000 | |
| project.funder.identifier | http://doi.org/10.13039/501100001871 | |
| project.funder.name | Fundação para a Ciência e a Tecnologia | |
| rcaap.rights | openAccess | pt_PT |
| rcaap.type | doctoralThesis | pt_PT |
| relation.isAuthorOfPublication | c4187a67-c07b-4542-bd64-c71d6815b49c | |
| relation.isAuthorOfPublication.latestForDiscovery | c4187a67-c07b-4542-bd64-c71d6815b49c | |
| relation.isProjectOfPublication | 6a833b9c-ea2b-459b-b22e-475d0bacff82 | |
| relation.isProjectOfPublication.latestForDiscovery | 6a833b9c-ea2b-459b-b22e-475d0bacff82 | |
| thesis.degree.name | Doutoramento em Engenharia Mecânica | pt_PT |
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