Curretly, the development of MEMS(Micro Electronic Mechanical System) technology awakes many research's interest for the aerodynamics. This work presents the development of a compact synthetic jet actuator for flow separation control at the flat plate. The formation and evolution of fluidic actuators based on synthetic jet technology are investigated using Reynolds-Averaged Navier-Stokes equations. Also, 2-Dimensional, unsteady, incompressible Navier-Stokes equation solver with single partitioning method for Multi-Block grid to analyze and a modeled boundary condition in developed fo. the synthetic jet actuator. Both laminar and turbulent jets are investigated. Results show very good agreement with experimental measurements. A jet flow develops, even though no net mass flow is introduced. Pair of counter-rotating vortices are observed near the jet exit as are observed in the experiments.
Flow characteristics of synthetic jet based flow supplying devices have been computationally investigated for different device shapes. Jet momentum was produced by the volume change of a cavity by two piezoelectric-driven diaphragms. The devices have additional flow path compared with the original synthetic jet actuator, and these flow path changes the flow characteristics of synthetic jet actuator. Four non-dimensional parameters, which were functions of the shapes of the additional flow path, were considered as the most critical parameters in jet performance. Comparative studies were conducted to compare volume flow rate and jet velocity. Computed results were solved by 2-D incompressible Navier-Stokes solver with k-w SST turbulence model. Detailed computations revealed that the additional flow path diminishes suction strength of the synthetic jet actuator. In addition, the cross section area of the flow path has more influence over the jet performances than the length of the flow path. Based on the computational results, the synthetic jet based flow supplying devices could be improved by applying suitable shape of the flow path.
The paper focuses on the integration of a non-linear one-dimensional model of Synthetic Jet (SJ) actuator in a well-assessed numerical simulation method for turbulent compressible flows. The computational approach is intended to the implementation of a numerical tool suited for flow control simulations with affordable CPU resources. A strong compromise is sought between the use of boundary conditions or zero-dimensional models and the full simulation of the actuator cavity, in view of long-term simulation with multiple synthetic jet actuators. The model is integrated in a multi-domain numerical procedure where the controlled flow field is simulated by a standard CFD method for compressible RANS equations, while flow inside the actuator is reduced to a one-dimensional duct flow with a moving piston. The non-linear matching between the two systems, which ensures conservation of the mass, momentum and energy is explained. The numerical method is successfully tested against three typical test cases: the jet in quiescent air, the SJ in cross flow and the flow control on the NACA0015 airfoil.
Kim, K.S.;Choi, J.P.;Koo, B.S.;Jang, J.H.;Seo, Y.H.;Kim, B.H.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2008.05a
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pp.247-251
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2008
This paper presents a micro air pump actuated by PZT actuator (synthetic jet actuator) for air supply for micro fuel cells. The synthetic jet actuators are usually created by a traditional PZT-driven actuator, which consists of a small cylindrical cavity, in/outlet channel and PZT diaphragms. To design the micro air pump, a numerical analysis has been conducted for flow characteristics with respect to various geometries. A prototype of the micro air pump, with a size of $mm{\times}mm{\times}mm$, was fabricated by PDMS replication process and was conducted performance test. To control the PZT actuator, we used the SP4423 micro chips that can be amplified input voltage to reduce the controller size and the power consumption. With a voltage of 3V at 100Hz, the air pump's pumping pressure is 600pa and its power consumption is only 0.1mW.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.29
no.5
s.236
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pp.639-646
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2005
As the internet communication is prevalent in recent years, it becomes quite possible to monitor and control some mechanical plants from the remote place through the TCP/IP communication. Such a concept is expected to be applied to many industrial systems fur easy maintenance and trouble shooting as well as various kinds of expensive test equipments fo. sharing. Synthetic jet actuate.(SJA) is a kind of high-lifting device to prevent flow separation at high angle of attack and its use for flow control has received a great amount of attention. In this research, remote control and data monitoring system for SJA wind tunnel test is implemented by TCP/IP communication with DSP as a embedded web server. From the tests performed with embedded server, it showed the possibility of reliable remote control system design utilizing the internet communication.
In the present work, the aerodynamic characteristics of elliptic airfoils which have a 12% thickness ratio are numerically investigated based on Reynolds-averaged Navier-Stokes equations and a transition SST model at a Reynolds number 8.0$\times$105. The numerical simulation of a synthetic jet actuator which is a well-known zero-net-mass active flow control actuator located at x/c = 0.00025, was performed to control massive flow separation around the leading edge of the elliptic airfoils. Four cases of non-dimensional frequencies were simulated at an angle of attack of 12 degree. It is found that the size of the vortex induced by synthetic jets was getting smaller as the jet frequency becomes higher. Comparison of the location of synthetic jets between x/c = 0.00025 (around the leading edge) and x/c = 0.9 (near the separation) shows that the control near the leading edge induces closed recirculation flow regions caused by the interaction of the synthetic jet with the external flow, but the control applied at 0.9c (near the trailing edge) induces a very small and weak vortex which quickly decays due to weak intensity.
This paper presents a micro air pump based on the synthetic jet to supply reactant at the cathode side for micro fuel cells. The synthetic jet is a zero mass flux device that converts electrical energy into the momentum. The synthetic jet actuation is usually generated by a traditional PZT-driven actuator, which consists of a small cylindrical cavity, orifices and PZT diaphragms. Therefore, it is very important that the design parameters are optimized because of the simple configuration. To design the synthetic jet micro air pump, a numerical analysis has been conducted for flow characteristics with respect to various geometries. From results of numerical analysis, the micro air pump has been fabricated by the PDMS replication process. The most important design factors of the micro air pump in micro fuel cells are the small size and low power consumption. To satisfy the design targets, we used SP4423 micro chip that is high voltage output DC-AC converter to control the PZT. The SP4423 micro chips can operate from $2.2{\sim}6V$ power supply(or battery) and is capable of supplying up to 200V signals. So it is possible to make small size controller and low power consumption under 0.1W. The size of micro air pump was $16{\times}13{\times}3mm^3$ and the performance test was conducted. With a voltage of 3V at 800Hz, the air pump's flow rate was 2.4cc/min and its power consumption was only 0.15W.
An free breathing proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) was developed. This paper presents a study of the several effect on the performance of a fuel cell such as air flow rate, opening ratio, and cathode structures. Especially, an air flow rate is critical condition to improve the fuel cell performance. In this paper, we developed a synthetic jet micro air blower to supply high stoichiometric air. The synthetic jet actuation is usually generated by a traditional PZT-driven actuator, which consists of a small cylindrical cavity, orifices and PZT diaphragms. In comparison with free convection fuel cells, the forced-convection fuel cell which equipped synthetic jet micro air blower brings higher performance and stability for long term test. Also, power consumption of the synthetic jet micro air blower is under 0.3W. The results show that the maximum power density was $188mW/cm^2$ at $400mA/cm^2$. The maximum power density was higher 40% than power density of free convection fuel cell.
Kim, Hyung-Jin;Shin, Jin Young;Chae, Jeongheon;Ahn, Sangjun;Kim, Kyu Hong
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.47
no.2
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pp.90-97
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2019
Sparkjet actuator, also known as plasma synthetic jet actuator (PSJA), is an active flow control device that has possibility of controling supersonic flow. This actuator utilizes arc plasma to deposit energy onto the gas inside the cavity to raise temperature and pressure. A change in the state of the fluid inside the cavity generates pressure waves and momentum jet, and they are exhausted through out the orifice exit and disturb external flow field. Since the cavity flow is affected by arc plasma, which is an equilibrium plasma and have generated equilibrium flow, the equilibrium state of air should be considered in order to analyze the flow of sparkjet actuator. In this study, numerical program for equilibrium flow was developed for the use of sparkjet actuator analysis. The developed program was validated by comparing the time - accurate jet front positions with the reference result. Then, impulse characteristics of the actuator in the atmospheric quiescent air were explained.
Piezoelectric actuators have been investigated for flow control in the field of fluid dynamics. Numerical simulation for a single diaphragm piezoelectric actuator operating in quiescent air is performed to investigate the complex flow field around the slot exit. A periodic velocity transpiration condition is applied to simulate the effect of the moving diaphragm. The computational results for the flow field around the slot exit agree well with the experimental data. The results also show that low pressure regions due to the vortex pairing cause non-monotonic variations in the vertical velocity.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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