Study of the ionic wind produced by an atmospheric corona discharge for airflow control
Etude du vent ionique produit par décharge couronne à pression atmosphérique pour le contrôle d'écoulement aérodynamique
Résumé
The studydeals with ionic wind produced by a corona discharge created by two electrodes connected to a high voltage power supply, in the aim to understand the phenomenaof the ionic wind and the parameters that control its velocity in air at amopsheric pressure. A parametric study is realized on the gas distance, the diameter and the material of the electrodes, the voltage, its polarity, the current and the gas nature. In parallel, a 2D steady-state numerical model of the discharge and of the ionic wind is developped, solving simultaneously the Poisson equation, the continuity equations for electrons, positive ions, negative ions and the Naviers-Stokes equations. The system is closed with expressions modelling the kinetics chemistry of the discharge and the transport of charges. The simulations have been done with FLUENT and complementar modules.The measurements show that the velocity of the ionic wind depends directly of the square root of the current. The geometrical parameters modify the current-voltage characterics. The material has no influence while the gas nature modifies the evolution of the velocity vs the current. Theses results are also fund with simulations which show that the secondary electron emission is neglectable in the studied configuration and that the ion mobility is important. The comparison between the measurements in differents gases helps to estimate the predominant ions in the ionic wind phenomenon. Simulations are in good agreement with experiments.
L'étude a porté sur le vent ionique produit par une décharge couronne créée par deux électrodes reliées aux bornes d'une alimentation haute tension, en vue de comprendre les phénomènes à la base du vent ionique et les paramètres quicontrôlent sa vitesse dans l'air à pression atmosphérique. Une étude paramétrique est réalisée sur la distance inter-électrodes, lediamètre et le matériau des électrodes, la tension, sa polarité, le courant et le gaz. En parallèle, un modèle numérique bidimensionnel de la décharge positive et du vent ionique est développé, comprenant les équations de Poisson, de continuité de la densité électronique, de continuité des densités d'un ion positif et d'un ion négatif, de continuité de la masse et les équations de Navier-Stokes. Le systèmeest fermés avec des expressions représentant la cinétique chimique de la décharge et le transport des charges. La simulation a étéfaite à l'aide du logiciel FLUENT et de modules programmables.Les mesures ont montré que la vitesse du vent ioniquene nedépend directement que de la racine carrée du courant. Les paramètres géométriques quant à eux modifient la caractéristique courant-tension. Le matériau n'a pas d'influence tandis que le gaz dans lequel se produit la décharge modifie l'évolution de la vitesse en fonction du courant. Ces résultats sont retrouvés par les calculs qui montrent que l'émission secondaire d'électrons par bombardement ionique est négligeable dans la configuration étudiée et que la mobilité des ions est importante. La comparaison des mesures dans différents gaz permet d'estimer les ions prépondérants dans le phénomène de vent ionique. Les calculs sont en bon accord avec les expériences.
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