Avancées en ingénierie automobile
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ISSN: 2167-7670
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Subrata Roya
Nous proposons et démontrons la réduction de la traînée aérodynamique pour une géométrie réaliste à vitesse d'autoroute à l'aide d'actionneurs de décharge à barrière diélectrique serpentine. Un actionneur plasma linéaire comparable ne parvient pas à réduire la traînée à ces vitesses. Les données expérimentales recueillies pour les actionneurs à plasma linéaires et serpentins dans des conditions de fonctionnement au repos montrent que la conception en serpentin a un effet profond sur la structure d'écoulement près de la paroi et sur la traînée qui en résulte. Pour certains agencements d'actionneurs, la traînée mesurée a été réduite de plus de 14 % à 26,8 m/s (60 mi/h) et de plus de 10 % à 31,3 m/s (70 mi/h), ouvrant ainsi la possibilité réaliste d'économies d'énergie raisonnables pour les véhicules terrestres à grande échelle. De plus, les données de consommation d'énergie et l'efficacité de la réduction de la traînée pour différents signaux d'entrée sont également présentées.
Dans notre étude précédente, l'effet atténuant de la décharge à barrière diélectrique (DBD) sur l'intensité de l'auto-inflammation des gaz terminaux avait été observé. Dans cet article, le mécanisme de l'effet a été étudié au moyen d'analyses chimiques et d'expériences de combustion utilisant une machine à compression et à expansion rapide (RCEM). Une GC × GC complète avec spectroscopie de masse à temps de vol (GCxGC-TOFMS) a été réalisée et la génération d'hydroperoxyde d'alkyle (ROOH) a été confirmée avec succès pour la première fois, sur la base d'une analyse de masse précise. Pour étudier le mécanisme de l'effet d'atténuation, l'influence de l'ozone a été évaluée à l'aide de différents mélanges carburant-air, tels que le carburant de référence primaire (PRF90) et l'essence de substitution ( S5R). L'ajout d'ozone a montré le même effet d'atténuation dans le cas du PRF90, mais un effet moindre dans le cas du S5R. Une lumière bleue caractéristique a également été observée lorsque l’ozone était mélangé au gaz final avant l’auto-inflammation. Étant donné que l'ozone est connu pour favoriser les réactions d'oxydation à basse température (LTO), l'effet de l'application du DBD implique probablement le même mécanisme. La différence d'effet avec les différents carburants peut s'expliquer en termes de réaction d'ozonolyse, car le S5R contient des oléfines et le PRF90 n'en contient pas. Étant donné que l'application du DBD au mélange air-carburant n'a pas montré de différence d'effet entre le S5R et le PRF90, le phénomène d'atténuation du DBD n'est pas induit par l'ozone, mais un candidat plausible est le ROOH. Pour étudier les phénomènes précurseurs de l'émission de lumière bleue, une mesure de fluorescence induite par laser plan (PLIF) pour le formaldéhyde (HCHO) a été utilisée dans l'expérience de combustion. Sans application du DBD, la distribution de HCHO dans le gaz final présentait une homogénéisation progressive avant l'auto-inflammation ; alors que, avec le DBD appliqué, le
characteristic blue flame appeared in the inhomogeneous distribution of HCHO in the end-gas region. This result may support the hypothesis that the mitigating effect is caused by the promotion, by DBD-induced ROOH, of inhomogeneous progress in the end-gas chemical reaction. A knock intensity mitigation effect resulting from the application of dielectric barrier discharge (DBD) was experimentally demonstrated.
Dielectric-barrier discharge (DBD) is the electrical discharge between two electrodes separated by an insulating dielectric barrier. Originally called silent (inaudible) discharge and also known as ozone production discharge or partial discharge, it was first reported by Ernst Werner von Siemens in 1857. On right, the schematic diagram shows a typical construction of a DBD wherein one of the two electrodes is covered with a dielectric barrier material. The lines between the dielectric and the electrode are representative of the discharge filaments, which are normally visible to the naked eye. Below this, the photograph shows an atmospheric DBD discharge occurring in between two steel electrode plates, each covered with a dielectric (mica) sheet. The filaments are columns of conducting plasma, and the foot of each filament is representative of the surface accumulated charge. The DBD was utilized to reform fuel–air premixtures. A rapid compression and expansion machine (RCEM) was used for the demonstration experiment. A rectangular combustion channel was installed in the RCEM's cylinder to observe flame propagation and end-gas auto-ignition behavior. The effect of the DBD was investigated by installing a plug-shaped DBD reactor in the combustion chamber. Part of the fuel-air mixture was reformed by the DBD and diffused in the chamber, and the combustion behavior was observed by a color and a monochrome high-speed camera with several different interference filters. In ordinary end-gas auto-ignition, a hot flame rapidly appears throughout the end-gas region, and generates strong pressure oscillation; whereas, in the present study, when the DBD was applied, the magnitude of the pressure oscillation decreased and a blue flame was generated in the end gas before full end-gas auto-ignition. The onset time of the blue flame, and the interval between the onset and the hot flame's appearance, depended on the fuel and initial temperature. The effect was investigated in the case of a primary reference fuel, surrogate gasoline, and n-butane lean mixture; however, though the magnitude of the effect varied, the mitigation effect was demonstrated for every fuel-air mixture. The proposed method is therefore expected to mitigate knocking in internal combustion engines and contribute to greater thermal efficiency. A coaxial dielectric barrier discharge plasma-assisted combustion actuator (DBD-PACA) system was set up to study its discharge and optical emission spectrum (OES) characteristics in space in this paper. Results showed that each discharge cycle can be divided into four stages: a, b, c, and d. Discharge-on only occurred in stages b and d. Comparatively, the discharge intensity was larger in stage d due to the memory effect of excited electrons. Moreover, Lissajous figure and current-voltage methods were utilized to calculate the power of the coaxial DBD-PACA, and both methods produced roughly similar results. The power presented an upward trend with increasing input voltage and airflow rate. In addition, numerous second positive system (SPS) excited nitrogen molecules were detected from the OES signals. The intensity of the spectral lines (297.54 nm, 315,76 nm, 336,96 nm et 357,56 nm) a d'abord augmenté, puis s'est maintenu, puis a augmenté rapidement avec l'augmentation du rayon ; cependant, l'intensité des raies spectrales (380,34 nm, 405,80 nm et 434,30 nm) est restée pratiquement inchangée, puis a augmenté et a finalement diminué avec l'augmentation du rayon. La température vibratoire a d'abord diminué rapidement, puis a augmenté et a atteint le minimum à r = 18 mm avec l'augmentation du rayon. Les températures vibratoires à tous les points de collecte ont diminué avec l'augmentation de la tension d'entrée. Cependant, dans la plage de 0 à 280 L/min, lorsque r était inférieur à 15 mm, les températures vibratoires augmentaient d'abord rapidement, puis diminuaient lentement ; lorsque r était supérieur à 15 mm, les températures vibratoires augmentaient d'abord puis restaient fondamentalement stables.