Having gained popularity in the last decade, the dielectric barrier discharge (DBD) has been studied in numerous ways as a device for air acceleration. A major interest of all these works has been concentrated on achieving higher efficiency and producing higher jet velocities. These studies considered alternative geometries, different voltage waveforms etc., yet none of these studies tackle the inherently inefficient process of force creation and actuation in a DBD. Air acceleration has been attributed to the electric force that switches direction on each voltage half cycle (that is due to the nature of the discharge mechanism) yet has a forward resulting force. The present thesis considers the phenomenon of memory charge accumulation on the dielectric surface and reasons that the backward force in the second half cycle can be reversed by further migration of the memory charges to an added exposed anode. Hence a novel 3-electrode configuration is presented. Flow velocity investigations showed a 27% improvement in efficiency in comparison with the traditional 2-electrode actuator. This meant a 0.4m/s gain along the velocity profile. During the investigation process, a new discharge mechanism was encountered. This was characterized by the double discharge lines along the exposed electrode edges while in the presence of a \"floating\" encapsulated electrode. / Tendo ganho popularidade na última década, a descarga de barreira dielétrica (DBD) foi estudada de várias maneiras como um dispositivo para aceleração do ar e controle aerodinâmico. Um grande interesse de todos esses trabalhos foi concentrado em alcançar maior eficiência e produzir maiores velocidades de jato. Alguns desses estudos consideraram geometrias alternativas, diferentes formas de onda de tensão, etc., mas nenhum desses estudos aborda o processo inerentemente ineficiente de criação e atuação da força em um DBD. A Aceleração do ar tem sido atribuída à força elétrica que muda de direção em cada meio ciclo (que é devido à natureza do mecanismo de descarga), mas que tem uma força resultante para a frente. A presente tese considera o fenômeno de acumulação de carga de memória na superfície dielétrica e raciocina que a força contraria no segundo meio ciclo da descarga pode ser revertida por migração dessas cargas de memória para um ânodo adicional exposto. Assim, uma nova configuração de 3 eletrodos é apresentada. Investigações de velocidade do fluxo mostraram uma melhoria de 27% na eficiência em comparação com o tradicional atuador de 2 eletrodos. Isso significou um ganho de 0,3 m/s ao longo do perfil de velocidade. Durante o processo de investigação, foi encontrado um novo mecanismo de descarga. Isso foi caracterizado por uma dupla descarga ao longo das bordas do eletrodos expostos, enquanto na presença de um eletrodo encapsulado \"pendurado\".

Orientador: Munemasa Machida / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-24T01:40:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Aguera_JoaoJulioMendes_M.pdf: 1866218 bytes, checksum: 21fe14d8d370e0121be6f854084afb06 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Os plasmas DBD, Descargas com Barreira de Dielétrico, em pressões atmosféricas têm despertado grande interesse nas pesquisas nos últimos anos, principalmente pelas suas aplicações práticas: deposição de materiais, tratamento de superfícies, tratamento de cáries, esterilização de bactérias e destruição de células cancerígenas. Estes plasmas são chamados de plasmas não-térmicos e diferem dos plasmas de alta temperatura (estelares e de reatores de fusão nuclear) e dos plasmas térmicos (tochas de plasmas e plasmas industriais), por possuírem temperaturas translacional, eletrônica, vibracional e rotacional distintas. Para determinar a temperatura de plasmas DBD em descargas elétricas nos gases Ar e He, utilizamos um método indireto que avalia a temperatura por meio de um plasma de Nitrogênio molecular formado pela colisão dos plasmas de Ar e He com o Nitrogênio presente no ar. O espectro luminoso deste plasma é medido, as principais linhas de emissão catalogadas e depois analisado com um software específico para determinação de temperaturas de gases moleculares. Também são mostradas aqui algumas das principais técnicas de espectroscopia usadas na captação de espectros luminosos de plasmas laboratoriais, realizadas em dois dispositivos, plasma DBD produzido com jato de seringa, e plasma fracamente ionizado produzido com uma descarga DC entre dois eletrodos / Abstract: Research on DBD (Dieletrical Barrier Discharges) plasmas at atmospheric pressure have attracted attention and great interest on its research upon the last few years, mostly because of its practical applications: material deposition, surface treatment, cavity treatment, bacterial sterilization and cancer cell destruction. These plasmas are called nonthermal plasmas and differ from the high temperature plasmas (stellar and fusion reactors) and thermal plasmas (plasma torches and industrial plasmas) because of its distinct translational, electronic, vibrational and rotational temperatures. For temperature determination in DBD plasmas formed by electrical discharges on Ar and He gases, an indirect method is used evaluating the temperature of molecular nitrogen plasma formed by collision between the Ar and He plasmas with the nitrogen present in air. The luminous specter of this plasma is measured, the principal emission lines cataloged and then analyzed with specific software for molecular gases temperature determination. The main spectroscopic techniques used for analysis of the luminous spectra obtained from two devices: DBD plasma generated by a syringe jet and weakly ionized plasma produced by a DC discharge between two electrodes, are show on this thesis / Mestrado / Física / Mestre em Física

L'objectif de ce travail était d'une part d'étudier la dégradation du phénol en milieu aqueux par un plasma GlidArc d'air humide et d'autre part d'étudier la conversion de l'acétaldéhyde dans des gaz atmosphériques par un plasma DBD généré par une haute tension impulsionnelle. Les résultats de l'étude paramétrique de la dégradation du phénol ont montré une augmentation de l'efficacité en fonction de la concentration initiale et du débit d'air humide. L'augmentation du gap entre les électrodes à occasionné celle de la concentration des ions nitrates. La majeur parie des nombreux produits de réactions est constituée d'acides carboxyliques mais aussi d'hydroquinone, de para-nitrophénol et de para-nitrosophénol. Cette identification a permis de dresser un schéma réactionnel de la dégradation du phénol. La conversion de l'acétaldéhyde a été effectuée dans des conditions de température allant de l'ambiante jusqu'à 300°C et dans deux types de mélanges: CH3CHO/N2 et CH3CHO/N2/O2 (jusqu'à 10% O2). Les résultats ont montré que le coût énergétique baisse en présence d'oxygène dans le mélange et également lorsque la température augmente. Les principaux sous-produits identifiés dans CH3CHO/N2 sont CO, H2, CH4, HCN, C2H6, CH3CN tandis que dans les mélanges oxygénés, CO2 et CO, CH2O, CH3OH sont les sous-produits les plus importants. L'étude cinétique menée à la suite de cette analyse grâce à un modèle 0D simplifié a permis de mettre en évidence le rôle primordial de la dissociation par quenching des états métastables d'azote et de l'oxydation notamment par O et OH dans la conversion de l'acétaldéhyde. La modélisation a aussi permis de comprendre les processus de formation des sous-produits majoritaires. Des catalyseurs à base de MnO2 ont été placés en aval de la zone de décharge pour décomposer l'ozone qui se forme abondamment dans les mélanges oxygénés surtout à basse température. L'oxygène atomique produit lors de cette décomposition oxyde l'acétaldéhyde résiduel et ses sous-produits. Le coût énergétique a ainsi été diminué et les concentrations des sous-produits comme CH2O et CH3OH ont été réduites. / This work aimed to study the degradation of aqueous phenol by humid air GlidArc plasma and to study the removal of acetaldehyde in atmospheric gas by pulsed DBD plasma. The parametric study of phenol degradation showed an increase in efficiency as a function of the initial concentration and humid air flow. The increase of the inter-electrodes gap has increased nitrate ions concentration. The numerous reaction products formed consist mostly of carboxylic acids. Other byproducts identified are hydroquinone, para-nitrophenol and para-nitrosophenol. By-products identification enabled drawing a reaction scheme of phenol degradation. The acetaldehyde removal has been achieved in temperature conditions ranging from ambient to 300°C and in two types of mixtures: CH3CHO/N2 and CH3CHO/N2/O2 (up to 10 % O2). The results showed that the energy cost decreases in the presence of oxygen in the mixture as well as when the temperature increases. In CH3CHO/N2, the main by-products are CO, H2, CH4, HCN, C2H6, CH3CN whereas in oxygenated mixtures, CO2 and CO, CH2O, CH3OH are the most important by-products. The kinetic study following this analysis, by using a simplified 0D model has highlighted the key role of the quenching of nitrogen metastables states and that of the oxidation of acetaldehyde, caused in particular by O and OH. The modeling also helped understanding the formation processes of major by-products. A MnO2 based catalyst was placed downstream of plasma zone in order to decompose ozone that is abundantly formed in oxygenated mixtures especially at low temperature. The atomic oxygen produced during this decomposition is used to oxidize the residual acetaldehyde and its by-products. The energy cost was thus decreased and the concentrations of certain by-products such as CH2O and CH3OH have been reduced as well.

Cette thèse a pour objet l’analyse de la cinétique de la conversion de l’acétaldéhyde, CH₃CHO, à des concentrations initiales inférieures ou égale à 5000 ppm dans un mélange de gaz à base d’azote et contenant jusqu’à 20% d’oxygène, à température ambiante. L’étude a été réalisée en utilisant trois réacteurs mettant en œuvre des décharges de qualités spatiales différentes. Il s’agit d’un réacteur (UV510) à décharge pré-ionisée (photo-déclenchée) par rayonnement UV produisant un plasma homogène, et de deux réacteurs à décharge à barrière diélectrique (DBD), de géométrie plane (plan-plan) et de géométrie cylindrique (tige-tube) alimentés par impulsion HT et produisant des plasmas non homogènes à faible (plan) ou forte (cylindre) filamentation ; un diagnostic d’imagerie rapide (ns) de la DBD de géométrie plane montre que le plasma peut être considéré quasi-homogène. En s’appuyant sur une modélisation 0D auto-cohérente de la décharge photo-déclenchée, l’étude de la cinétique du mélange N₂/CH₃CHO montre l’importance des états métastables de la molécule d’azote, triplet A³Σu⁺, et singlets (groupe a' ¹∑⁻u, a ¹∏g, et w ¹Δu) dans la dissociation de l’acétaldéhyde. Un coefficient minimum de 6.5×10⁻¹¹ cm³.s⁻¹ est estimé pour le quenching des singlets par l’acétaldéhyde. Le coefficient du triplet est estimé entre 4.2×10⁻¹¹ cm³.s⁻¹ et 6.5×10⁻¹¹ cm³.s⁻¹. Cette dissociation produit des radicaux (CH₃, CH₃CO, HCO, H, O) et des molécules (CH₄, CH₂CO, C₂H₄, C₂H₂, H₂, CO). Ainsi les sous-produits majoritaires mesurés à la fin de la post décharge temporelle sont le méthane, le dihydrogène, le monoxyde de carbone et l’éthane. Les minoritaires sont l’acétylène, l’éthène, l’acétone et l’acétonitrile. Dans les mélanges contenant de l’oxygène, l’importance de la dissociation de CH₃CHO par quenching des états métastables de N₂ diminue au profit des processus d’oxydation par le radical hydroxyle, OH, et l’oxygène atomique, O (³P). La mesure résolue en temps du radical OH dans la post-décharge du réacteur UV510 montre une très forte réactivité de ce radical avec les sous-produits de conversion de l’acétaldéhyde. Une densité maximum de OH égale à 3.5×10¹⁴ cm⁻³ a été mesurée pour 10 % d’oxygène et 5000 ppm d’acétaldéhyde. Le schéma cinétique adopté pour ces mélanges donne, par la modélisation auto-cohérente, une valeur de densité plus élevée. Toutefois, la conversion de l’acétaldéhyde dans N₂/O₂/CH₃CHO est bien expliquée par le modèle, de même que les concentrations produites de méthane et d’éthane. Enfin, la comparaison de l’efficacité énergétique des trois réacteurs étudiés montre que l’homogénéité de la décharge favorise, pour des milieux pauvres en oxygène (moins de 2 %), la conversion de l’acétaldéhyde. / The present study deals with the kinetics analysis of acetaldehyde (CH₃CHO) conversion in electrical discharges with different spatial qualities et at room temperature. Acetaldehyde concentrations up to 5000 ppm in nitrogen-based gas mixture containing up to 20% of oxygen have been investigated. Three different plasma reactors were used: an UV510 reactor producing a homogeneous plasma thanks to a pre-ionization by UV radiation (photo-triggered), a plane-to-plane and a rod-tube dielectric barrier discharges (DBDs) reactors, In both DBDs reactors discharges were driven by high voltage pulses allowing the production of weakly inhomogeneous plasma in the plane geometry and highly filamentary discharges in the cylindrical one. A high speed imaging diagnostic (ns range) of the plane-to-plane DBD shows that the plasma can be considered quasi-homogeneous. Based on a self-consistent 0D model, the kinetics study of the N₂/CH₃CHO mixture conversion in the photo-triggered discharge shows the importance of nitrogen molecule metastable states , i.e. the triplet A³Σu⁺ and the singlets group a' ¹∑⁻u, a ¹∏g, et w ¹Δu, in the acetaldehyde dissociation process. A minimum coefficient of 6.5×10⁻¹¹ cm³.s⁻¹ has been estimated for the quenching of N₂ singlets state by acetaldehyde. For the triplet states quenching the coefficient of has been evaluated between 4.2×10⁻¹¹ cm³.s⁻¹ and 6.5×10⁻¹¹ cm³.s⁻¹. This dissociation process produces radicals as CH₃, CH₃CO, HCO, H, O, and molecules like CH₄, CH₂CO, C₂H₄, C₂H₂, H₂, CO. Thus, the major by-products detected at the end of the post-discharge time are methane, hydrogen, carbon monoxide and ethane; smaller amounts of acetylene, ethene, acetone and acetonitrile were also detected. In containing oxygen mixtures, the importance of the CH3CHO dissociation processes due to N₂ metastable states quenching of decreases in favor of oxidation processes promoted by the hydroxyl radical, OH, and atomic oxygen, O (³P). Time-resolved measurements of the OH radical in the photo-triggered post-discharge show a very high reactivity of this radical with the by-products of acetaldehyde conversion. A maximum density of OH radical equal to 3.5×10¹⁴ cm⁻³ was measured for 10% oxygen and 5000 ppm of acetaldehyde. The kinetic scheme adopted in the self-consistent model for the same gas mixture gives a higher density value; by the way the model is in good agreement with the acetaldehyde conversion in N₂/O₂/CH₃CHO mixtures, as well as with the methane and ethane produced concentrations. Finally, the comparison of the three studied reactors energy efficiency shows that, for low oxygen content (less than 2%), the homogeneity of the discharge promotes the acetaldehyde conversion.

Bakgrund: Över hela världen råder det brist på organ. 1 januari 2019 stod 807 personer på väntelistan för att få ett nytt organ i Sverige. Efterfrågan på organ är större än tillgången. Efterfrågan skulle kunna tillmötesgå bättre om DCD (eng. Donation after Circulatory Death) kan implementeras som ett komplement till DBD (eng. Donation after Brain Death). Det har pågått ett pilotprojekt på sex olika sjukhus i Sverige.Måletmed projektet var att utreda om DCD i framtiden kan vara ett komplement till den idag etablerade donationsprocessen DBD vilket leder till att sjukvården kan möta allmänhetens donationsvilja samt öka antalet organ för transplantation. Då DCD inte är nationellt implementerat och genom att intensivvårdssjuksköterskor har ansvaret för att vårda potentiella organdonatorer är det viktigt med forskning som belyser intensivvårdssjuksköterskorsresonemang och föreställningar kring DCD.Syfte:Syftet var att beskriva intensivvårdssjuksköterskors resonemang och föreställningar om donation vid kontrollerad DCD.Metod:Kvalitativ intervjustudie med ändamålsenligt urval genomfördes. Data analyserades med kvalitativ innehållsanalys.Resultat:Analysen resulterade i fyra kategorier; Att påbörja något nytt inom området donation, Att erhålla kunskap minskar farhågor och oro, Att införa donation efter cirkulationsstillestånd ger möjlighet att möta en hög donationsvilja och att informera och ge tröst till anhöriga.Slutsats: Denna studie visar att engagemanget är stort hos intensivvårdssjuksköterskor och att tilltron tillett införande av DCD är hög. Genom att införa DCD som ett komplement till DBD så skulle fler donationer kunna genomföras och på sikt kunna matcha efterfrågan på organ. Mer forskning samt utbildning behövs för att öka kunskapen utifrån de krav som kommer att ställas på intensivvårdssjuksköterskor vid en eventuell implementering av DCD.

Fluidos em uma descarga brilhante à pressão atmosférica usando uma barreira de dielétrico DBD atraiu o interesse das comunidades de termo-dinâmica, fluido-dinâmica, e comunidades de controle. Este trabalho investiga os efeitos de um atuador de plasma operando numa voltagem e frequência de 8 kV e 4.4 kHz sobre a curva do Cp de um cilindro de PVC em baixa velocidade de escoamento. O experimento foi repetido com o atuador em vários ângulos no cilindro. Os resultados mostram uma aceleração do escoamento junto com um atraso da separação. Esses efeitos são maiores quando o atuador é posicionado num ângulo mais próximo da região da separação. / Fluids in a dielectric barrier DBD glow discharge at atmospheric pressure attracted the interest of the communities of thermo and fluid dynamics as well as control. This dissertation investigates the effects of a plasma actuator operating at 8 kV and 4.4 kHz, on the Cp curve of a PVC cylinder in a low velocity airflow. The experiment was repeated with the actuator at various angles. The results show an acceleration of the flow accompanied with a delay of the flow separation. These effects were shown to be larger when the actuator was positioned at an angle closer to the region of separation.

Fluidos em uma descarga brilhante à pressão atmosférica usando uma barreira de dielétrico DBD atraiu o interesse das comunidades de termo-dinâmica, fluido-dinâmica, e comunidades de controle. Este trabalho investiga os efeitos de um atuador de plasma operando numa voltagem e frequência de 8 kV e 4.4 kHz sobre a curva do Cp de um cilindro de PVC em baixa velocidade de escoamento. O experimento foi repetido com o atuador em vários ângulos no cilindro. Os resultados mostram uma aceleração do escoamento junto com um atraso da separação. Esses efeitos são maiores quando o atuador é posicionado num ângulo mais próximo da região da separação. / Fluids in a dielectric barrier DBD glow discharge at atmospheric pressure attracted the interest of the communities of thermo and fluid dynamics as well as control. This dissertation investigates the effects of a plasma actuator operating at 8 kV and 4.4 kHz, on the Cp curve of a PVC cylinder in a low velocity airflow. The experiment was repeated with the actuator at various angles. The results show an acceleration of the flow accompanied with a delay of the flow separation. These effects were shown to be larger when the actuator was positioned at an angle closer to the region of separation.

L'étude des interactions entre les espèces actives générées par un plasma non thermique et diverses surfaces de matériaux font l'objet de ce travail.Dans un premier temps, des polymères provenant de la biomasse ont été le sujet de nos recherches. Ils représentent une source importante de molécules plateforme telle que le glucose à partir desquelles peuvent être générés des produits de haute valeur ajoutée. Plus précisément, les effets d'un plasma à décharge à barrière diélectrique sur la structure et la dépolymérisation de l'inuline, de la cellulose et de l'amidon ont été étudiés. Une variation des paramètres électriques et chimiques de la décharge plasma a été effectuée et leurs effets sur les biopolymères évalués afin de comprendre les mécanismes de réaction. Nos résultats ont montré qu'un traitement initial par le plasma permettait d'augmenter considérablement le rendement final en sucre monomère (fructose ou glucose) par rapport au même produit de départ non traité par le plasma (84 et 54% de glucose à partir réciproquement de l'amidon et de la cellulose traités par plasma, au lieu de 65 et 1 % pour les mêmes produits non traités). Cet effet pourrait être du en partie à une dépolymérisation par attaque acide induite au sein du plasma sur les zones amorphes des biopolymères.Dans un second temps, l'étude a porté sur l'élimination des COV par couplage plasma non-thermique et catalyseur. Pour cette étude, nous avons conçu et mis en oeuvre un appareillage original formé par un réacteur plasma-catalyseur permettant une analyse sous atmosphère contrôlée de la surface du catalyseur par spectroscopie IR (DRIFT). Cet appareillage a permis d'étudier la décomposition de quatre COV (isopropanol, acétone, éthanol et toluène) adsorbé sur différents oxydes métalliques (g-Al2O3, CeO2 et TiO2) placés dans la zone de décharge en temps réel (in-situ). Les premiers résultats ont permis d'élucider certaines voies de décomposition de ces différents COV. / The interactions between the active species generated by a non thermal plasma and various material surfaces have been studied in this work. In a first part, biopolymers coming from biomass have been the subject of our investigations as they offer a great reservoir for a platform molecule, glucose, from which valuable chemicals can be generated. More specifically, the effects of a dielectric barrier discharge plasma on the structure and depolymerization of inulin, cellulose and starch were evaluated. For that purpose, the electrical and chemical characteristics of the plasma discharge were varied and their effects on the biopolymers evaluated in order to understand the reaction mechanisms. Our results showed that a plasma pre-treatment increased considerably the final monomer yield (in glucose and fructose) compared to the untreated starting material (84 and 54 % yield in glucose from plasma treated starch and cellulose, instead of 65 and 1 % for the same untreated samples). This effect could be partly explained by the depolymerization of the amorphous areas of the polymers by and acid attack within the plasma discharge.In a second part, the study focused on the removal of VOCs by coupling non-thermal plasma and inorganic materials. For this purpose, we designed and implemented an innovative apparatus. It consists of a plasma-catalyst reactor with controlled atmosphere that allows the analysis of the catalyst surface by IR spectroscopy (DRIFT). The decomposition of four VOCs (isopropanol, acetone, ethanol and toluene) adsorbed on different metallic oxides (y-Al2O3, CeO2 and TiO2) placed within the discharge area have been studied in situ using this method. The first results have enlightened the decomposition pathways of the different VOCs.

Cette thèse s’inscrit dans le cadre général de la dépollution d’effluents gazeux faiblement chargés en Composés Organiques Volatils (COV). L’étude concerne l'oxydation de trois COV cibles (méthane, propène, et toluène) dans l'air à la pression atmosphérique dans d'une part un réacteur plasma de décharge à barrière diélectrique (DBD) pulsée et un réacteur catalytique utilisés séparément et d'autre part, dans un réacteur hybride associant le réacteur plasma aux catalyseurs dans deux configurations: le catalyseur au coeur de la décharge et le catalyseur en post-décharge. Les catalyseurs sont à base de Pd, Mn, Cu, et Co supportés sur des billes de Al2O3. Ils ont été caractérisés par ICP-OES, TEM/EDX, XRD, XPS, et DRIFTS. L’efficacité de conversion des COV, la sélectivité en CO/CO2, ainsi que la nature et les concentrations des produits formés pour les trois molécules avec les trois systèmes ont été étudiées en fonction de la température du gaz, de l'énergie injectée, de la concentration des COV, de la taille du support, du type de métal et sa teneur, et de la vitesse volumique horaire. Dans tous les cas, l’activation des catalyseurs à basse température a été démontrée quand ces derniers sont couplés au plasma et les principaux produits de réaction identifiés et quantifiés par spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier. Le couplage plasma-catalyseur améliore de façon significative l’efficacité de conversion du méthane, du propène, et du toluène dans l’air ainsi que la sélectivité en sous-produits. L'effet de synergie entre le plasma et les catalyseurs pour la conversion des COV a été démontré dès lors que le plasma est généré directement au sein du réacteur catalytique. / The focus of this thesis is the application of non-thermal plasma and catalysis in chemical processing, in particular for the removal of Volatile Organic Compounds (VOC) diluted in air. In a first part, the oxidation of three pollutants (methane, propene, and toluene) is studied experimentally in a pulsed dielectric barrier discharge (DBD) reactor and in a catalyst reactor working independently. In a second part, a hybrid plasma-catalyst reactor either in a single-stage or in a two-stages configuration, in which the catalyst is located inside or downstream from the plasma reactor, respectively. Catalyst materials based on Pd, Mn, Cu, and Co supported on alumina beads were tested and characterized by ICP-OES, TEM/EDX, XRD, XPS, and DRIFTS. Products were analyzed and quantified by infrared spectroscopy. Achieved VOCs removal efficiencies and CO/CO2 selectivity, as well as nature and concentrations of the formed products, were evaluated as function of many factors, particularly the specific input energy, the gas temperature, the initial VOCs concentration, the nature of catalyst (size support, metal loading), and the hourly space velocity. It has been successfully demonstrated that the combination of plasma and catalyst in the both configurations has many benefits compared to traditional thermal-catalysis and plasma alone treatment including a lowering of the catalyst operating temperature, an improvement of the conversion of VOCs at similar temperatures, and a better end-products selectivity and energy efficiency. The mutual interaction lead to a synergistic effect in plasma-catalysis especially when the discharge is in direct contact with the catalyst whatever the VOCs studied.

As one of the key components of aero engines, compressor is required to endure higher pressure,  possess  higher  efficiency  and  wider  operating  range. Intensive studies have been made on tip leakage flow and researchers find that by reasonably organizing tip leakage flow, aero engines are  more likely to achieve better performance and reliability. Conventional flow controlling methods  like casing treatment and micro jet could substantially modify tip leakage flow, unfortunately with  a price of additional loss, not to mention the difficulty in manufacturing such structure. Whereas  plasma actuation  flow control method  uses  plasma actuators,  such equipment is easy  to  build,  responses  fast  and  has  a  wide  excitation  bandwidth.  This  method  has  become  a  new  trend  in  internal flow active control field.  In this research, a phenomenological model is adopted to simulate DBD plasma actuation in the  flow field inside a compressor cascade. The aim is to find out how plasma actuation will influence  tip  leakage  flow.  Meanwhile  possible  means  to  improve  plasma  actuation  performance  are  discussed.  First of all, numerical simulation of flow inside a compressor cascade without plasma actuation is  conducted to validate accuracy of the numerical methodology adopted and then determine one  numerical  approach  that  satisfies  specific  needs  sufficiently.  Meanwhile,  influence  of  casing  movement on tip leakage flow as well as possible mechanism of tip leakage vortex core generation  is investigated in detail. The results indicate:    1. Generating position of tip leakage vortex moves towards leading edge with increasing moving  speed of shroud.  2. As shroud moving speed increases, trajectory of tip leakage vortex moves away from suction  side of blade and closely towards shroud.  3. Casing movement  tends  to  transform  tip leakage vortex  from  circular  to  oval  shape  due  to  circumferential shearing.  4. Casing  movement  has  little  influence  on  total  pressure  field  concerning  absolute  pressure  value. While total pressure loss does reduce slightly with increasing moving speed of shroud.  5.Vorticity  transport  from  tip  clearance  into  passage  may  be  contributing  significantly  to  generation of tip leakage vortex inner core.  Secondly, a simplified model of DBD plasma actuation based on literature [1] is derived and applied  through  UDF  function  of  commercial  software  Fluent  into  the  flow  field.  Different  actuation  positions,  voltages  and  frequencies  are  applied  in  simulation  and  compared.  After  that  casing  movement is included. Main conclusions are as follow:    6. Plasma  actuation  shows  significant  suppressing  effect  on  tip  leakage  vortex  on  both  size,  trajectory and strength.  7. The suppressing effect on tip leakage vortex grows stronger as actuator moves towards leading  edge.  8. Increasing actuation voltage results in stronger suppressing effect on tip leakage vortex.  9. Plasma actuation can effectively improve total pressure loss situation near shroud region with  increasing actuation power.  10. Increasing actuation frequency results in stronger suppressing effect on tip leakage vortex as  well. Additionally, frequency performs slightly better than voltage. 11. Casing  movement  tends  to  weaken  suppressing  effect  of  tip  leakage  vortex  by  plasma  actuation. More  actuation  power  is  needed  to  achieve  sufficient  suppressing  effect  in  real  compressors. / Som en av de viktigaste komponenterna i flygmotorer krävs det att kompressorn utsätts för högre  tryck, har högre effektivitet och  större driftsintervall. Intensiva  studier har gjorts om  skovlarnas  toppspel  läckageflöde  och  man  anser  att  det  är  mer  sannolikt  att  flygmotorer  uppnår  bättre  prestanda  och  tillförlitlighet  genom  att  på  ett  rimligt  sätt  reglera  läckageflödet  i  toppspelet.  Konventionella metoder  för reglering av flödet, som behandling av “casing” och mikrojet, skulle  kunna  ändra  läckageflödet  avsevärt,  men  medför  tyvärr  ytterligare  förlust,  för  att  inte  tala  om  svårigheten att tillverka en sådan struktur. Samtidig flödeskontroll med hjälp av plasma aktuatorer  som är relativt lätta att bygga, reagerar snabbt och har en bred excitationsbandvid. Denna metod  har blivit en ny trend inom det interna flödesaktiva kontrollområdet.  I  denna  forskning  antas  en  modell  för  att  simulera  plasmaaktivering  av  DBD  i  flödesfältet  i  en  kompressorskaskad. Man försöker ta reda på hur plasmaaktivering påverkar läckageflödet. Möjliga  sätt att förbättra effekten av plasmaaktivering diskuteras.  För  det  första  genomförs  numerisk  simulering  av  flödet  i  en  kompressorskaskad  utan  plasmaaktivering för att validera noggrannheten i den numeriska metoden. Därefter undersöks i  detalj vilken inverkan den relativa rörelsen av ”casing” har på läckageflödet genom toppspelet och  mekanismen för toppspelsvirvel analyseras. Resultaten visar:    1. Startposition för läckagevirveln rör sig mot skovelns framkant när man introducerar och ökar  den relativa hastigheten för ”casing”.    2. I takt med att den relativa hastigheten ökar, kretsbanan för    läckage virveln rör sig bort från  skovelns sugsida och närmare mot ”casing”.  3. Den  relativa  rörelsen  tenderar  att  omvandla  virveln  från  cirkulär  till  oval  form  på  grund  av  skjuvkrafter.  4. Den relativa rörelsen av ”casing” påverkar inte det totala tryckfältet när det gäller det absoluta  tryckvärdet. Samtidigt som den totala tryckförlusten minskar något med ökad hastighet.  5. Virveltransport från toppspelet till huvudkanalen kan på ett betydande sätt bidra till att skapa  virvelns inre kärna.  I senare delen av arbetet utvecklas och tillämpas en förenklad modell för plasmaaktivering av DBD  baserad  på  litteratur  [1],  genom  att  använda  UDF‐funktionen  i  kommersiell  CFD  programvara  Fluent.  Olika  aktuatorläge,  spänningar  och  frekvenser  prövas  i  simuleringen  och  jämförs.  De  viktigaste slutsatserna är följande:    6. Aktuering av plasma visar en betydande dämpningseffekt på läckagevirveln i toppspelet både  va det gäller dess storlek, bana och styrka.  7. Den  dämpande  effekten  på  läckagevirveln  blir  starkare  när  aktuator  monteras  närmare  skovelns framkant.  8. Ökad aktuatorspänning leder till en starkare dämpande effekt på läckagevirveln.  9. Ökad aktuatorfrekvens leder till starkare dämpningseffekt på läckagevortex också.mDessutom  fungerar frekvensen något bättre än spänningen.  10. Den  relativa  rörelsen  av  ”casing”  försvagar  effekten  av  plasmaaktuering.  För  att  uppnå  tillräcklig dämpningseffekt i riktiga kompressorer krävs mer effekt till aktuatorn.