Magnetofluidodinamica Applicata

 

 

Numerical analysis of dielectric barrier discharge 

Fabio Roveda - Ciclo XXIV - 2012   

Abstract - Il lavoro di Dottorato descritto nella tesi "Numerical analysis of dielectric barrier discharge" è incentrato sulla simulazione della scarica a barriera sviluppata da attuatori al plasma, per applicazioni aeronautiche. Tali dispositivi permettono di realizzare una scarica superficiale in regime di non equilibrio a pressione atmosferica, rendendo disponibili specie altamente reattive in un gas globalmente freddo. Questa caratteristica rende il fenomeno della scarica a barriera particolarmente interessante per diverse applicazioni ingegneristiche ed il contesto applicativo all'origine del presente lavoro riguarda il controllo delle proprietà fluidodinamiche nello strato limite al di sopra di un profilo aerodinamico. Un modello fisico è stato sviluppato ed implementato al calcolatore per simulare la scarica e studi particolari sono stati condotti per valutare l'effetto di diverse condizioni operative sulle proprietà elettriche e cinetiche. I risultati riguardanti la sola parte di cinetica del plasma sono stati elaborati per studiare numericamente l'interazione scarica-fluido e i risultati denotano alcune criticità nella simulazione della forza elettrodinamica generata dalla DBD. La successiva fase di ricerca ha riguardato lo studio inverso del campo di forza tale da produrre i regimi fluidodinamici misurati e riportati in letteratura: questo lavoro ha confermato che il codice di simulazione fluidodinamica è in grado di approssimare in modo realistico il campo di velocità indotto dall'interazione EHD. Infine, si è validato numericamente un metodo diagnostico non invasivo basato su immagini Schlieren per studiare il campo di velocità prodotto dalla scarica a barriera.

 



Numerical strategies for the solution of the magneto-fluid-dynamic problem at Low Magnetic Reynolds Numbers 

Chiara Latini - Ciclo XXIII - 2011   

Abstract - The work presented in this thesis is focused on a numerical analysis of the shock moving effect. In the re-entry phase, for Mach numbers ranging from 12 to 25, the temperature at the vehicle surface can exceed 2000 K, due to both convection and radiation from the shock layer. In order to face with the strong thermal stresses the fuselage is subjected to, the body walls are equipped with a shielding coverage made up of different materials ensuring a proper heat dissipation. By pushing the shock front away from the body nose, the heat fluxes are mitigated and the load on the thermal shield is reduced. If a magnet system is installed on the fuselage, capable to generate fields at the order of Tesla, a Lorentz force acts on the charges convected with the ionized air surrounding the aircraft, and generates an electromotive force. The resulting current J couples with magnetic field generating a body force J x B acting on the flow. Several magnets configuration have been proposed and tested in wind tunnels facilities. The modeling effort presented here concentrates on a axi-symmetric configuration for the magnets that generates a current flow in the azimuthal direction, positioned where the MHD interaction is stronger, that is, where the flow field is almost orthogonal to the magnetic flux density.

 



Diagnostic Techniques for MHD in Hypersonic Flows 

Veronica Maria Granciu - Ciclo XXII - 2010   

Abstract - The MHD interaction in a hypersonic flow had been experimentally investigated. A conical test body had been placed at the exit of the hypersonic nozzle. An ionized Argon flow at a Mach 15 and air flow at Mach 9 had been obtained. Numerical simulations realized by means of a time dependent two dimensional code at low magnetic Reynolds numbers showed a good agreement with the measurements. The important role of the Hall parameter in the hypersonic MHD interaction process had been demonstrated. 

 



Diagnostic techniques for EHD and MHD interaction 

Gabriele Neretti - Ciclo XXI - 2009   

Abstract - The impact of plasma technologies is growing both in the academic and in the industrial fields. Nowadays, a great interest is focused in plasma applications in aeronautics and astronautics domains. Plasma actuators based on the Magneto-Hydro-Dynamic (MHD) and Electro-Hydro-Dynamic (EHD) interactions are potentially able to suitably modify the fluid-dynamics characteristics around a flying body without utilizing moving parts. This could lead to the control of an aircraft with negligible response time, more reliability and improvements of the performance. In order to study the aforementioned interactions, a series of experiments and a wide number of diagnostic techniques have been utilized.This thesis is split in three parts. In the first one the basic theory of the utilized diagnostic techniques is described. In the other two parts, the application of these diagnostics to EHD and MHD experiments are presented. The common basis of this work has to be searched in the study and in the measurement methods of the weakly ionized gases which characterize the EHD and MHD interaction processes.



Diagnostic techniques for MHD interacting plasmas 

Mario Roberto Carraro - Ciclo XVII - 2005  

Abstract - Plasmas are nowadays widely applied in the research domain and in industrial exploitation. Since plasma parameters are quantities that can be easily influenced by the measurement set-up, particular attention should be paid in the plasma experiment phase, during the development and application of the diagnostic techniques. As regards the diagnostic techniques, two different classes can be distinguished: passive and active. In the former case, the radiation from the plasma is studied. From the technical point of view it is a relatively simple application even if the phase of the result interpretation can be relatively complicated. In the latter case, an interaction with the plasma takes place. For example, a microwave beam can be directed to the plasma. This can offer much more information about the plasma itself, but is both more demanding on the experimental setup and can interfere with the object of study. The main aim of this thesis was the development of different plasma diagnostic techniques, both active and passive. Those techniques were applied in different plasmas. Even if this work is split in two parts, each referring to a different experiment, the common basis still exists and has to be searched in the study and in the integration of those plasma measurements methods.

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Modello bidimensionale stazionario per l'analisi di un condotto di generatore MHD lineare

 Giovanni Mazzanti - Ciclo IV - 1992

Abstract - In questo lavoro, partendo dalle equazioni della magnetofluidodinamica si sviluppa un modello bidimensionale stazionario del condotto MHD. In particolare viene dato ampio spazio alla discussione delle appprossimazioni fatte. Il problema viene risolto nel piano perpendicolare al campo magnetico, piano contenente l'asse del condotto. La descrizione della fluidodinamica è basata sulla versione bidimensionale delle leggi di Navier- Stokes per fluidi comprimibili. Per la soluzione delle equazioni fluidodinamiche viene utilizzato il modello SIMPLE d Patankar e Spalding.

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Experimental investigations on low pressure non equilibrium plasmas

Raffaele Ghidini - Ciclo XVI - 2004

Abstract - This work describes the results of optical investigations on low pressare non equilibrium plasmas. The analysis is carried out to fully ionized and weakly ionized plasmas. The radiation emitted by the plasma plume of a gas-fed, applied field Magneto-Plasma-Dynamic thruster is observed by an optical multi-channel analyzer (OMA). By these measurements, an estimations of some plasma parameters is performed. In order to have more information on the population and depopulation mechanisms of the levels observed, a collisional-radiative model is developed for the singly ionized argon system. In this model the energy distribution function of the free electrons is calculated by solving the Boltzmann equation. Imaging techniques are used in order to find if some structures occur in the plasma.

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Metodi Numerici per la soluzione del problema elettrodinamico in un generatore MHD a geometria lineare

Andrea Cristofolini - Ciclo VII - 1994

Abstract - In questo lavoro sono riportati e discussi alcuni modelli per la soluzione del problema elettrodinamico in un generatore MHD a geometria lineare. In particolare sono descritti: il metodo dei volumi di controllo, un metodo agli elementi finiti (FEM) basato su una formulazione variazionale e un metodo alle differenze finite basato su una discretizzazione a cinque punti con fitting di tipo esponenziale (DFEXP).  

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Modelli bidimensionali tempodipendenti per l'analisi di flussi magnetoidrodinamici non stazionari e non uniformi

Nadia Montevecchi - Ciclo VIII - 1995   

Abstract - Col presente lavoro sono stati messi a punto tre diversi algoritmi per l'analisi di un flusso magnetofluidodinamico; la caratteristica principale dei metodi numerici sviluppati e' la loro generalita', ovvero la loro capacita' di essere adattati alla soluzione del problema della magnetofluidodinamica nelle svariate condizioni generate dalle singole applicazioni tecniche in fase di realizzazione. Specificatamente, nel presente lavoro, i tre modelli in questione sono stati usati per l'analisi di un flusso magnetoidrodinamico entro il condotto di un generatore MHD.

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