基于Kriging模型的DBD等离子体模型参数辨识及应用

作     者：于佳宁 

作者单位：哈尔滨工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：宋彦萍

授予年度：2018年

学科分类：07[理学] 070204[理学-等离子体物理] 0702[理学-物理学] 

主      题：参数辨识 等离子体模型 Kriging代理模型 泄漏流动控制 

摘      要：随着等离子体流动控制技术在流动控制领域的广泛应用,关于等离子激励对流动影响的研究也不断深入。其中数值计算作为研究流动过程的重要手段,对等离子体激励的研究起到了重要作用。但是由于等离子激励过程包括电离等物理过程,这些物理过程时间尺度跨度高达106量级,所以很难直接对放电过程进行求解,需要进行合理的假设进行简化,来建立等效模型。但是由于等离子体模型中或多或少存在一些经验参数,所以给模型带来了误差。本文以Shyy等离体模型为例,为了减小了经验参数带来的误差,采用参数辨识方法对模型中的参数进行重新标定,得到更加准确的等离子体模型参数。首先本文将Shyy模型中等离子体作用区边界形状与最大电场强度作为辨识参数;之后通过正交实验设计方法建立样本点矩阵,从而建立Kriging代理模型代替实际物理过程;最后通过遗传算法进行模型参数的寻优,从而得到新的模型参数。对辨识参数进行分析发现:辨识得到的新参数给出了新的电场力作用区边界曲线形状,为一条上凸下凹的曲线;最大电场强度E0与峰值电压U具有正比例关系,E0=290U-1.16×106;参数修正后的模型具有更好地计算精度,计算结果与真实值吻合更好。利用新的模型,对平面叶栅顶部布置等离体激励器后叶栅通道内的流动状况进行数值研究,分析了激励器对流场细节的影响,以及叶栅泄漏损失的改善情况。激励器在叶顶间隙内产生了与主流方向相反的作用力,令边界层附近的低能流体加速产生反向流动,两股流体相遇后,主流速度被削弱,泄漏速度降低,并在叶顶吸力侧形成新的旋涡结构,减小了有效泄漏高度;泄漏涡对通道涡的抑制作用因泄漏涡减小而被削弱,致使通道涡尺寸增加且向上移动;总压损失上,泄漏涡产生的损失降低且降低程度大于通道涡损失的增加幅度,因此出口截面总压损失降低。除此之外,在叶片尾部激励器产生的体积力远远大于叶片两侧压差,导致叶片尾部产生反向泄漏,带来了一定负面影响,但可以通过减小激励器长度予以消除。