Avances en Ingeniería del Automóvil
Acceso abierto
ISSN: 2167-7670
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Subrata Roya
Proponemos y demostramos la reducción de la resistencia aerodinámica para una geometría realista a velocidades de carretera utilizando actuadores de descarga de barrera dieléctrica serpentina. Un actuador de plasma lineal comparable no logra reducir la resistencia a estas velocidades. Los datos experimentales recopilados para actuadores de plasma lineales y de serpentina en condiciones de funcionamiento inactivo muestran que el diseño de serpentina tiene un efecto profundo en la estructura de flujo cerca de la pared y la resistencia resultante. Para cierta disposición del actuador, la resistencia medida se redujo en más del 14 % a 26,8 m/s (60 mph) y en más del 10 % a 31,3 m/s (70 mph), lo que abre una posibilidad realista de ahorro de energía razonable para vehículos terrestres a gran escala. Además, también se presentan los datos de consumo de energía y la efectividad de reducción de arrastre para diferentes señales de entrada.
En nuestro estudio anterior, se observó el efecto mitigador de la descarga de la barrera dieléctrica (DBD) en la intensidad de la autoignición del gas final. En este trabajo, se investigó el mecanismo del efecto a través de análisis químicos y experimentos de combustión utilizando una máquina de compresión y expansión rápida (RCEM). Se realizó GC× GC integral con espectroscopía de masas de tiempo de vuelo (GCxGC-TOFMS) y se confirmó con éxito por primera vez la generación de alquil-hidroperóxido (ROOH), según un análisis de masa preciso. Para estudiar el mecanismo del efecto de mitigación, se evaluó la influencia del ozono utilizando diferentes mezclas aire-combustible, como el combustible de referencia primario(PRF90) y gasolina sustituta (S5R). La adición de ozono mostró el mismo efecto de mitigación en el caso de PRF90, pero un efecto menor en el caso de S5R. También se observó una luz azul característica cuando se mezcló ozono en el gas final antes de la autoignición. Dado que se sabe que el ozono promueve reacciones de oxidación a baja temperatura (LTO), el efecto de la aplicación de DBD probablemente involucre el mismo mecanismo. La diferencia en efecto con los diferentes combustibles puede explicarse en términos de una reacción de ozonólisis, porque S5R contiene olefinas y PRF90 no. Dado que la aplicación de DBD a la mezcla aire-combustible no mostró una diferencia en el efecto entre S5R y PRF90, el fenómeno de mitigación DBD no es inducido por el ozono, pero un candidato plausible es el ROOH. Para investigar los fenómenos precursores de la emisión de luz azul, En el experimento de combustión se empleó medición de fluorescencia inducida por láser planer (PLIF) para formaldehído (HCHO). Sin la aplicación de DBD, la distribución de HCHO en el gas final exhibió una homogeneización gradual antes de la autoignición; mientras que, con DBD aplicado, el
apareció una llama azul característica en la distribución no homogénea de HCHO en la región del gas final. Este resultado puede respaldar la hipótesis de que el efecto mitigador es causado por la promoción, por ROOH inducido por DBD, de un progreso no homogéneo en la reacción química del gas final. Se demostró experimentalmente un efecto de mitigación de la intensidad de la detonación resultante de la aplicación de descarga de barrera dieléctrica (DBD).
La descarga de barrera dieléctrica (DBD) es la descarga eléctrica entre dos electrodos separados por una barrera dieléctrica aislante. Originalmente llamada descarga silenciosa (inaudible) y también conocida como descarga de producción de ozono o descarga parcial, Ernst Werner von Siemens informó por primera vez en 1857. A la derecha, el diagrama esquemático muestra una construcción típica de un DBD en el que uno de los dos electrodos está cubierto con un material de barrera dieléctrica. Las líneas entre el dieléctrico y el electrodo son representativas de los filamentos de descarga, que normalmente son visibles a simple vista. Debajo de esto, la fotografía muestra una descarga DBD atmosférica que ocurre entre dos placas de electrodos de acero, cada una cubierta con una lámina dieléctrica (mica). Los filamentos son columnas de plasma conductor, y el pie de cada filamento es representativo de la carga acumulada en la superficie. El DBD se utilizó para reformar premezclas de aire y combustible. Se utilizó una máquina de compresión y expansión rápida (RCEM) para el experimento de demostración. Se instaló un canal de combustión rectangular en el cilindro del RCEM para observar la propagación de la llama y el comportamiento de autoignición del gas final. El efecto del DBD se investigó instalando un reactor DBD en forma de tapón en la cámara de combustión. Parte de la mezcla aire-combustible fue reformada por el DBD y difundida en la cámara, y el comportamiento de la combustión fue observado por una cámara de alta velocidad a color y monocromática con varios filtros de interferencia diferentes. En el autoencendido de gas final ordinario, aparece rápidamente una llama caliente en toda la región del gas final y genera una fuerte oscilación de presión; Considerando que, en el presente estudio, cuando se aplicó DBD, la magnitud de la oscilación de presión disminuyó y se generó una llama azul en el gas final antes de la autoignición total del gas final. El tiempo de inicio de la llama azul, y el intervalo entre el inicio y la aparición de la llama caliente, dependía de lacombustibley temperatura inicial. El efecto se investigó en el caso de un combustible de referencia principal, gasolina sustituta y mezcla pobre en n-butano; sin embargo, aunque la magnitud del efecto varió, el efecto de mitigación se demostró para cada mezcla de aire y combustible. Por lo tanto, se espera que el método propuesto mitigue la detonación en los motores de combustión interna y contribuya a una mayor eficiencia térmica. En este documento, se estableció un sistema de actuador de combustión asistido por plasma de descarga de barrera dieléctrica coaxial (DBD-PACA) para estudiar sus características de descarga y espectro de emisión óptica (OES) en el espacio. Los resultados mostraron que cada ciclo de descarga se puede dividir en cuatro etapas: a, b, c y d. La descarga solo ocurrió en las etapas b y d. Comparativamente, la intensidad de descarga fue mayor en la etapa d debido al efecto memoria de los electrones excitados. Además, Se utilizaron los métodos de figura de Lissajous y corriente-voltaje para calcular la potencia del DBD-PACA coaxial, y ambos métodos produjeron resultados más o menos similares. La potencia presentó una tendencia ascendente con el aumento de la tensión de entrada y la tasa de flujo de aire. Además, se detectaron numerosas moléculas de nitrógeno excitadas por el segundo sistema positivo (SPS) a partir de las señales OES. La intensidad de las líneas espectrales (297,54 nm, 315,76 nm, 336,96 nm y 357,56 nm) primero aumentó, luego se mantuvo y luego aumentó rápidamente con el aumento del radio; sin embargo, la intensidad de las líneas espectrales (380,34 nm, 405,80 nm y 434,30 nm) básicamente permaneció sin cambios, luego aumentó y finalmente disminuyó con el aumento del radio. La temperatura de vibración primero disminuyó rápidamente y luego aumentó y alcanzó el mínimo en r = 18 mm con el aumento del radio. Las temperaturas vibratorias en todos los puntos de recolección disminuyeron con el aumento del voltaje de entrada. Sin embargo, dentro del rango de 0 a 280 L/min, cuando r era inferior a 15 mm, las temperaturas de vibración primero aumentaban rápidamente y luego disminuían lentamente; cuando r era mayor de 15 mm, las temperaturas vibratorias primero aumentaban y luego permanecían básicamente estables.