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\".
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:teses.usp.br:tde-03102018-144641 |
| Date | 17 August 2018 |
| Creators | Ashraf El Droubi |
| Contributors | Paulo Celso Greco Junior, Hernán Darío Cerón Muñoz, José Antônio Garcia Croce, Paolo Gessini, Dawson Tadeu Izola |
| Publisher | Universidade de São Paulo, Engenharia Mecânica, USP, BR |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | English |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP, instname:Universidade de São Paulo, instacron:USP |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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