簡易檢索 / 詳目顯示

研究生: 王俊中
Wang, Chun-Chung
論文名稱: 平面上低溫電漿與震波交互作用之探討
Investigation of shock interaction on a Surface with low temperature Plasma
指導教授: 尤芳忞
Yu, Fan-ming
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 航空太空工程學系
Department of Aeronautics & Astronautics
論文出版年: 2009
畢業學年度: 97
語文別: 中文
論文頁數: 77
中文關鍵詞: 震波低溫電漿
外文關鍵詞: shock, plasma
相關次數: 點閱:83下載:1
分享至:
查詢本校圖書館目錄 查詢臺灣博碩士論文知識加值系統 勘誤回報
  • 本實驗是在討論平面模型上,可產生出低溫電漿面積之改變與平面震互作用下觀察其震波反射行為,利用配合震波管壓力感測器所紀錄之動態壓力數據來推導震波入射速度與其底面之反射速度的比率,由於放電面積之改變,兩者分別產生不同的反射震波動態壓力值。於設定的馬赫數1.25至1.65的範圍內,來探討入射震波、反射震波之間的速度關係,並探討隨著馬赫數增加,震波動態壓力數據的改變狀況,並採用彩色紋影法的拍攝技術,擷取紀錄震波作用於模型上的影像。結果顯示在沒有電漿作用下,其測試結果與理論值的趨勢是一致的。在有電漿作用的情形下,入射與反射震波之速度比率和壓力改變比率均無因電漿作用而產生改變,其結果與理論值趨勢一致。檢討其可能的原因,是因為入射與反射震波的運動方向垂直於電漿電場的方向,因此電漿無法對於震波的運動產生顯著的影響。

    The planar shock reflection over a plane surface model covered with low temperature plasma has been investigated by using a shock tube with rectangular cross section. From the recorded time history of the dynamic pressure in the shock tube in front of the model, the shock wave velocity of both incident shock and reflective shock for model with and without low temperature plasma have been obtained for shock Mach number of 1.25 to 1.65. The flow structure of planar shock reflection is observed by using a color Schlieren method. The measured results show that the effects of plasma on the reflection shock speed as well as strength are negligible.
    The observed results show that with and without the interaction of plasma, the experiment results of pressure jump is of similar trend with theoretical results. It has been observed that the plasma does not affect the strength of reflected shock wave. Considering the possible reasoning, since the direction of the incident and reflective shock are both perpendicular to the direction of the electrical field of the plasma, therefore the plasma does not have a significant influence on the reflected shock wave.

    中文摘要 I Abstract II 誌謝 III 目錄 IV 表目錄 VII 圖目錄 VIII 符號說明 XI 下標 XII 第一章 研究動機與目的 1 1.1研究動機 1 1.2文獻回顧 1 1.2.1 震波理論應用 1 1.2.2 電漿在空氣動力學上應用 3 1.2.3 視流技術的應用 5 第二章 理論分析 6 2.1 震波管之基本原理 6 2.2 反射震波 8 2.3 彩色紋影法基本原理 8 2.4 電漿的性質 10 第三章 實驗設備與實驗方法及步驟 13 3.1震波管 13 3.2測試段和實驗模型 14 3.3 高壓電產生設備 15 3.4 壓力數據收集系統 15 3.5 光學系統 17 3.6 實驗方法與步驟 18 3.6.1實驗分析 18 3.6.2 實驗方法 18 3.6.3 實驗步驟 19 第四章 實驗結果與討論 21 4.1 平面震波作用於模型上入射震波反射震波壓力量測 21 4.1.1 正震波對於模型A之反射壓力量測 22 4.1.2 正震波對於模型B之反射壓力量測 24 4.1.3 正震波對於模型C之反射壓力量測 25 4.1.4 正震波對於模型D之反射壓力量測 26 4.2 平面震波作用於模型上入射震波反射震波速度分析 28 4.2.1 正震波對於模型A之反射速度量測 28 4.2.2 正震波對於模型B之反射速度量測 30 4.2.3 正震波對於模型C之反射速度量測 30 4.2.4 正震波對於模型D之反射速度量測 31 4.3 平面震波作用於模型之流場觀測 33 4.4 實驗量測之誤差分析 33 第五章 結論與建議 36 5.1 結論 36 5.2 建議 37 參考文獻 38 表一 Gladstone-Dale 常數表 40 表二 實驗量測壓力值 41 表三 反射速度理論值 42 表四 壓力計量測時間值 44 表五 1.3馬赫實驗值 45 圖2.1 震波管基本原理 (a)震波管示意圖(b)各波面相對位置-時間關係圖(c)管內各區域壓力分布圖(d)溫度分布圖 46 圖2.2a 反射震波示意圖 47 圖2.3a 傳統影圖法光路 48 圖2.3b 傳統紋影法光路 48 圖2.4a 熱電漿與冷電漿條件示意圖 49 圖3.1a 震波管設備裝置圖 49 圖3.1b 空氣壓縮機(Compressor) 50 圖3.1c 除濕機(Dryer) 50 圖3.1d 儲氣槽(Storage tank) 51 圖3.1e 真空幫浦(Vacuum pump) 51 圖3.1f 真空壓力感測器(Pressure indicator) 52 圖3.1g 壓力校正器(Digital Pressure Indicator) 52 圖3.2a 震波管視窗尺寸圖 53 圖3.2b 模型設計圖 54 圖3.2c 模型設計圖 55 圖3.2c 模型設計圖 56 圖3.3a 高壓電產生系統 57 圖3.3b 高壓電變壓器 58 圖3.4a 壓電式壓力感測器 58 圖3.4b 電荷放大器 59 圖3.4c 編號13993壓力計校正曲線 60 圖3.4d 編號13994壓力計校正曲線 60 圖3.4e 壓力計設置位置 61 圖3.4f 電腦(含labview程式和AD卡) 62 圖3.4g SCB-68 接線盒 62 圖3.5a 彩色紋影法的光路設置示意圖 63 圖3.5b 可延遲式脈衝產生器 63 圖3.5c Palfash500型脈衝光源 64 圖3.5d 拋物面鏡 64 圖3.5e 蛇腹和濾片 65 圖3.5f NiKon 單眼數位相機 65 圖4.1.1a 模型A 1.279馬赫震波通過PT1、PT2壓力感測器 66 圖4.1.1b 模型A 1.389馬赫震波通過PT1、PT2壓力感測器 66 圖4.1.1c 模型A 1.505馬赫震波通過PT1、PT2壓力感測器 67 圖4.1.1d 模型A 1.642馬赫震波通過PT1、PT2壓力感測器 67 圖4.1.2a 模型B 1.251馬赫震波通過PT1、PT2壓力感測器 68 圖4.1.2b 模型B 1.383馬赫震波通過PT1、PT2壓力感測器 68 圖4.1.2c 模型B 1.537馬赫震波通過PT1、PT2壓力感測器 69 圖4.1.2d 模型B 1.614馬赫震波通過PT1、PT2壓力感測器 69 圖4.1.3a 模型C 1.246馬赫震波通過PT1、PT2壓力感測器 70 圖4.1.3b 模型C 1.383馬赫震波通過PT1、PT2壓力感測器 70 圖4.1.3c 模型C 1.529馬赫震波通過PT1、PT2壓力感測器 71 圖4.1.3d 模型C 1.596馬赫震波通過PT1、PT2壓力感測器 71 圖4.1.4a 模型D 1.251馬赫震波通過PT1、PT2壓力感測器 72 圖4.1.4b 模型D 1.409馬赫震波通過PT1、PT2壓力感測器 72 圖4.1.4c 模型D 1.545馬赫震波通過PT1、PT2壓力感測器 73 圖4.1.4d 模型D 1.605馬赫震波通過PT1、PT2壓力感測器 73 圖4.1.4e P2/P1 VS Ms1 PT1 74 圖4.1.4f P2/P1 VS Ms1 PT2 74 圖4.1.4g P5/P2 VS Ms1 PT1 75 圖4.1.4h P5/P2 VS Ms1 PT2 75 圖4.2.4e Q5/Q1 VS Ms1 76 圖4.3a 流場觀測 77 圖4.3b 流場觀測 77

    [1] E.A.JOHN JAMES ,Gas Dynamic Second Edition ALLYN AND BACON,INC. Boston London Sydney Toronto,1984

    [2] M.Bushnell Dennis ,“Shock Wave Drag Reduction”,Annual Review. Fluid Mechanical.2004.36:81-96.

    [3] 陳偉仁, “平面震波於楔型體與垂直鱗片模型所產生反射-繞射現象之探討”,碩士論文國立成功大學航空太空工程研究所,2004
    .
    [4] V.I.Khorunzhenko ,D.V.Roupassov and A.Yu.Starikovskii, “Hypersonic Flow and Shock Wave Structure Control by Low Temperature Nonequilibrium Plasma of Gas Discharge,”AIAA Paper 2002-3569,2000.

    [5] V.Bityurin, A.Klimov, S.Leonov, V.brovkin, and Y.Kolesnichenko , “Shock Wave Structure and Velocity at Propagation through Non-homogenous Plasma”AIAA Paper 2000-2571,2000.

    [6] J.S.Shang & J.Hayes, “Hypersonic Flow over a Blunt Body with Plasma Injection”,AIAA paper 2001-0344.

    [7] 林孟嫺, “平面震波於低溫電漿包覆面上交互作用之研究”, 碩士論文國立成功大學航空太空工程研究所,2006.

    [8] 許智欽, “平面震波與楔形體表面上帶狀區低溫電漿作用之研究”, 碩士論文國立成功大學航空太空工程研究所,2007.

    [9] 黃冠堯,“楔型體平面上低溫電漿與平面震波交互作用之探討”, 碩士論文國立成功大學航空太空工程研究所,2007.

    [10] S.Settles Gary, “Colour-Coding Schileren Techniques For The Optical Study Of Heat and Fluid Flow”, Int.J.Heat & Fluid Flow,Vo16.No1.March 1985.

    [11] S.Settles Gary , “Modern Developments in Flow Visualization”AIAA Journal Vol 24,NO,8,August 1986.

    [12] I.I.Glass and G.N. Patterson, “A Theoretical and Experimental Study of Shock-Tube Flow,”Joural of Aeronautical Sciences,Vo1.22, NO 2,pp.73-100,1955.

    [13] A.G.Gaydon and I.R.Hurle , The Shock Tube in High Temperature Chemical Physics, Reinhold Publishing Corp., New York,pp.1-63,1963.

    [14] J.A.Owezarck, Fundamentals of Gas Dynamics, International Texbook Company,pp.395-398,1964.

    [15] R.J.Goldstein, Fluid Mechanics Measurements, Second Edition,Talor & Francis publishers, University of Minnesota, pp.451-474,1996.

    [16] 董家齊,陳寬任“奇妙的物質第四態-電漿,”成功大學物理學系,科學發展,Vol 354,pp 52-59,2006.

    下載圖示 校內:立即公開
    校外:2009-08-13公開
    QR CODE