Dielektrik bariyer deşarj plazma aktüatör ile akış kontrolünün deneysel ve teorik incelenmesi
Experimental and theoretical investigation of flow control with dielectric barrier discharge plasma actuator
Yazar: OSMAN MURAT BAYRAK
Danışman: PROF. DR. AYDIN DURMUŞ
Ondokuz Mayıs Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Yapılan tez çalışmasında aerodinamik karakteristiklerin iyileştirilmesi için kullanılan bir aktif akış kontrol yöntemi olan Dielektrik Bariyer Deşarj (DBD) Plazma Aktüatörler ile profil yüzeyleri üzerindeki akış kontrolü teorik ve deneysel incelenmiştir. Tez çalışmasında bu yöntemle ilgili bugüne kadar yapılan çalışmaların ışığında genel parametreleri ile bu parametrelerin akış alanına etkilerinden bahsedilmiş, sonrasında literatürde yapılmamış bir karşılaştırma olarak, NACA 4412 ve aynı profilin x/c = 0.55 noktasından ve üst yüzeyden basamaklı modeli olan NACA 4412 St profili ile rüzgar tünelinde deneysel ve Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği'nin (HAD) ticari programlarından olan ANSYS FLUENT®'in akademik sürümünde özel olarak derlenen User Defined Functions (UDF) ile Suzen-Huang modeline göre cisim kuvvetleri (body force) tanımlanarak deneylerin benzeşim modelleri oluşturulmuş ve 2D sayısal simülasyonları yapılmıştır.       
Deneysel çalışmada 3D yazıcıda üretilmiş olan profillerin veter ekseni üzerinde DBD plazma aktüatörlerin hücum kenarından firar kenarına doğru beş ayrı noktaya ( x/c = 0.1, 0.2, 0.35, 0.55 ve 0.95 ) konumlanması ile bu beş ayrı aktüatörün α = 0, 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14 ve 16 olmak üzere dokuz farklı hücum açısında beş ayrı konfigürasyon durumunda 6500 V AC sinüzoidal, 3.5 kHz sürümü ile plazma oluşturulmuş Re=50.000'de sürümleri yapılarak kaldırma kuvveti (FL) ve sürükleme kuvveti (FD) ölçülerek her durum için ayrı ayrı kaldırma katsayısı (CL) ve sürükleme katsayısı (CD) değerleri elde edilmiş ve aerodinamik performansın değerlendirilebilmesi için CL/CD oranları karşılaştırılmıştır.
Elde edilen verilere göre, plazmasız normal akış durumunda iken CL ve CD katsayıları açısından NACA 4412 profiline göre daha dezavantajlı olan NACA 4412 St profili, özellikle 4 numaralı köşe aktüatörün aktive edildiği aktüatör 1-4 sürümünde 12° hücum açısı pozisyonunda NACA 4412'de CL / CD oranı %20 artmış iken NACA 4412 St'nin plazma OFF durumuna göre CL / CD değerinde %239 artış ve tüm NACA 4412'nin en iyi plazma ON durumuna göre CL değerinde %90 daha etkin bir özellik göstermiştir.

Abstract:
In this thesis study, Dielectric Barrier Discharge (DBD) Plasma Actuators investigated which emerged from an aerodynamic active flow control method to improve aerodynamic characteristics in aerodynamic profiles. For a comparison which has not been performed before, NACA 4412 and at a specific point of the same profile where x/c= 0.55 called NACA 4412 St which is the step model of the top surface, experimantally in the wind tunnel and using academic version of ANSYS FLUENT® with the help User Defined Functions (UDF) by defining body forces. Affinity models of the experiments were created and 2D numerical simulations were formed according to the Suzen – Huang model.
In the experimental study, plasma was generated locating chord axis of 3D printed profiles on five different points (x/c= 0.1, 0.2, 0.35, 0.55 and 0.95) alonging from attack edge to the trailing edge of the DBD plasma actuators and with nine diffrent attack angles of these five profiles (α = 0, 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16) in five different configurations; 6500V AC sinusoidal and 3.5 kHz drive. At a value of Re= 50.000 Lifting Force (FL) and Drag Force (FD) were measured. Then, Lifting Coefficient (CL) and Drag Coefficient (CD) values were obtained separately for each case from these forces and CL/CD ratios were compared to evaluate aerodynamic performance of airfoils.
According to the data obtained; for the NACA 4412, CL/CD increased only %20 for the best plasma ON configuration. But NACA 4412 St profile, which is more aerodynamic disadvantageous than the NACA 4412 profile, especially in the actuator 1-4 version where the number 4 corner actuator is activated, at the 12° angle of attack position, the CL/CD showed a 239% increase compared to the plasma OFF state of NACA 4412 St and 90% more effective feature in CL than the best plasma ON state of all NACA 4412.