Numerical analysis of atmospheric-pressure nonequilibrium plasma combined with hydrodynamic effects of gases and liquids

结合气体和液体流体动力学效应的大气压非平衡等离子体数值分析

• 批准号: 21H01075
• 负责人: 杤久保 文嘉
• 金额: $ 9.65万
• 依托单位: Tokyo Metropolitan University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01075/
• 关键词: 大気圧非平衡プラズマ; プラズマシミュレーション; 流体シミュレーション; プラズマ液体相互作用; 温度計測; ガス温度計測

大気圧非平衡プラズマは高プラズマ密度であるが故に局在化しやすく，ジュール加熱がガス温度上昇を誘発する。また，イオン風による流れも生じる。即ち，流体力学的作用を包含してプラズマ構造，粒子輸送等を考える必要がある。本研究は液体を電極とした直流グロー放電で構成される気液界面プラズマを主な対象とし，気体と液体の流体力学的作用を連成した大気圧非平衡プラズマの数値解析を実現し，大気圧非平衡プラズマの理解の深化を目的とする。具体的な研究項目は，(1)プラズマ中の温度計測，(2)流体近似モデルによるプラズマ解析，(3)粒子モデルによるプラズマ解析，である。項目(1)では，前年度に構築したマッハツェンダー干渉計，干渉縞から局所ガス密度・温度分布を再構成するアルゴリズムの見直しを行い，大気中のノズル－球電極間に発生するアルゴン直流グロー放電中のガス密度・温度分布の計測を行った。また，液体電極を有する大気圧Arグロー放電についても計測を行ったが，温度分布の再構成には至っていない。項目(2)では，大気圧ヘリウムガス中でノズル－液体電極間に発生する直流グロー放電を対象とした解析を行なっており，直流グロー放電の解析，気体の流体解析，及び，液体の熱伝導方程式を考慮した解析を行なった。陰極降下領域でのガス加熱とイオン風の発生，これに伴う渦の発生，液中への熱輸送に伴う放電と温度場の構造変化を確認した。さらに，液面の局所的な電界に伴う電気流体力学現象を取り込むためにエレクトロスプレーの数値解析にも着手した。項目(3)については，短ギャップ(200 um)のヘリウム大気圧グロー放電に対してPIC/MCC法により，電子/イオンエネルギー分布を取得する所まで実施した。現在，熱伝導方程式の連成に取り組んでいる。

High pressure unbalance, high density, high temperature rise The wind is blowing. That is, the role of fluid mechanics includes structure, particle transport, etc. This study aims to deepen the understanding of the interaction between liquid and fluid mechanics by analyzing the numerical value of liquid electrode and fluid interface. Specific research items include: (1) temperature measurement in the process of particle size measurement,(2) fluid approximation analysis,(3) particle size measurement analysis. Project (1): In the previous year, the construction of a dry meter, a dry meter, a density meter, and a temperature meter were constructed to reconstruct the density meter and a temperature meter. In the middle of the project, the density meter and a temperature meter were measured for the generation of DC between the spherical electrodes. The liquid electrode has a high pressure Ar discharge, and the temperature distribution is reconstructed. Item (2): The analysis of DC discharge, fluid analysis of gas, and thermal conductivity equation of liquid are taken into account in the analysis of DC discharge. The heat transfer in the cathode region is accompanied by the generation of eddy current, and the structural change of the temperature field is confirmed. In this paper, the electric field of the liquid surface is accompanied by electric hydrodynamics phenomenon, and the numerical analysis is carried out. Item (3): The short circuit (200 um) and high voltage discharge are used to obtain the electron/electron distribution in PIC/MCC method. Now, the heat conduction equation is connected to a set of parameters.

项目成果

東京都立大学・プラズマ応用研究室

东京都立大学等离子体应用实验室

Analysis of Physical Properties of Corona Discharge and Droplet Emission in Electrospray

电喷雾电晕放电和液滴发射的物理性质分析

• 发表时间: 2022
• 作者: 那波和宏;奥山大輔;石川明日香;田村隆治;梶本亮一;池内和彦;出口和彦;松浦直人;佐藤 卓;F. Tochikubo
• 通讯作者: F. Tochikubo

Numerical simulation of atmospheric-pressure helium DC glow discharge considering gas dynamics

考虑气体动力学的大气压氦直流辉光放电数值模拟

• 发表时间: 2022
• 作者: T. Goto;Y. Nakagawa;F. Tochikubo
• 通讯作者: F. Tochikubo

エレクトロスプレーのテイラーコーン先端における負コロナ放電の数値解析

电喷雾泰勒锥尖负电晕放电的数值分析

• 发表时间: 2022
• 作者: 勝野聡人;中川雄介;杤久保文嘉
• 通讯作者: 杤久保文嘉

負コロナ放電を伴うエレクトロスプレーの基礎特性と制御

负电晕放电电喷雾的基本特性及控制

• 发表时间: 2022
• 作者: 杤久保文嘉;M. T. Tabassum;勝野聡人;中川雄介
• 通讯作者: 中川雄介