丝状表面等离子体放电的流动长度与时间尺度

纳秒表面介质阻挡放电（ns-SDBDs）是一类等离子体激励器，其利用在两个表面安装电极之间施加纳秒时长的高压脉冲来产生空气的电击穿以及快速加热。这些激励器在以高脉冲频率运行时通常产生多根丝状放电，且快速加热导致激波和复杂流场的形成。在本工作中，我们复现了ns-SDBDs的单根丝状放电，并利用粒子图像测速的速度测量和背景纹影的密度测量来表征诱导流动。放电由丙烯酸基底上两个铜电极之间的高压电脉冲产生。一个热气体核表征了靠近电极形成的流场，其随时间膨胀并冷却，以及一个涡环在卷吸冷环境流体的同时远离表面传播。核内的气体密度亏损随时间呈现幂律衰减。基于观测，我们开发了基于涡驱动冷却的简化理论模型，并进行尺度分析以获得诱导流动的长度和时间尺度。结果表明，冷却过程的时间尺度对应于涡环的基于环量的时间尺度，而核的长度尺度对应于涡环半径。这些发现可指导纳秒表面介质阻挡放电（ns-SDBDs）在流动控制的设计、部署和运行中最优丝状间距和脉冲频率的选择。