Application of External Electric Fields to Clarify the Dynamics of gas flow in Atmospheric Pressure Plasma Jet

应用外部电场阐明大气压等离子射流中气体流动的动力学

• 批准号: 22K14185
• 负责人: 山田 大将
• 金额: $ 2.83万
• 依托单位: Nagano National College of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K14185/
• 关键词: 大気圧プラズマジェット; シュリーレン光学系; 外部電場印加

本研究は，様々な分野で使用されている大気圧プラズマジェット(APPJ)とガス流の密接な関係に着目し，ダイナミクス理解を進めることによりAPPJ制御や活性種の効率的輸送を目指す．希ガス等の作動ガス流への高電圧印加により生成されるAPPJが作り出す各種応用で重要な活性種はガス流により処理対象へと輸送される．また，プラズマ中の荷電粒子は，電場加速によりガス流を構成する中性粒子へと衝突し，ガス流へと作用する．この作用は，ガス流の乱流化等を誘起し，プラズマの大きさにも影響を与える．この様にAPPJとガス流は相互に関わっているが，そのダイナミクスの理解は十分ではない．そこで，APPJに外部電場を印加し荷電粒子の動きを分かりやすくした状態で，シュリーレン観察や高速度カメラ撮影，分光法等のプラズマ計測を駆使して，「何が・どのように」ガス流へ影響を与えているかを特定することが本研究の目的である．2022年度の研究では，シュリーレン計測を行いながら発光分光計測及び質量分析計測を行うことができる実験系を開発し，その実験を行った．この実験では，同一の外部電場印加条件下であっても異なるガス流挙動を示すことが過去の研究で分かっている３つの条件で生成したプラズマを用いた．具体的には，①両極性の正弦波，②正極性の正弦波，③負極性の正弦波の電圧を電極に印加してプラズマを生成した．その結果，条件により発光分光計測結果は大きく変化することが明らかとなった．特に，酸素原子等の酸素系活性種と窒素イオン分子等の窒素系活性種では，条件による発光強度の変化が異なる挙動を示していた．この変化は当初予定していた傾向とは異なっており，前述の①と②はガス流屈曲方向が同一であるため，発光も同様の傾向を示すことを予想していたが，発光分光計測では①と③の条件が同一の傾向を示した．この結果についてはより詳細に今後評価を行う予定である．

は, this study others 々 な eset で use さ れ て い る big 気 圧 プ ラ ズ マ ジ ェ ッ ト (APPJ) と ガ ス flow の contact な masato に the mesh し, ダ イ ナ ミ ク ス understand を into め る こ と に よ り APPJ suppression や activity of の working rate of conveying を refers す. Bush ガ ス etc. の actuation ガ ス flow へ の high electric 圧 Inca に よ り generated さ れ る APPJ が for various 応 り out す で な activity of important は ガ ス flow に よ り 処 reason like へ seaborne と conveying さ れ る. ま た, プ ラ ズ マ は の charged particles in electric field acceleration に よ り ガ ス flow を form す る neutral particles へ し と conflict, ガ ス flow へ と role す る. The <s:1> <s:1> effect, ガス flow, <s:1> turbulence and other を induce ガス, プラズ プラズ <s:1> have a significant <s:1> さに さに <e:1> and <s:1> influence を and える. こ の others に APPJ と ガ ス flow は mutual に masato わ っ て い る が, そ の ダ イ ナ ミ ク ス の understand は very で は な い. そ こ で, APPJ に external electric field を Inca の し charged particles moving き を points か り や す く し で た status, シ ュ リ ー レ ン 観 examine や high speed カ メ ラ pinch of shadow, spectrometry etc. の プ ラ ズ マ measuring を 駆 make し て, "any が ど の よ う に" ガ ス flow へ influence を and え て い る か を specific す る こ と が の purpose this study で あ る. 2022 annual の で は, シ ュ リ ー レ ン measuring line を い な が ら 発 optical spectrometer measuring and び quality analysis measuring line を う こ と が で き る be 験 started を 発 し, そ の be 験 を line っ た. こ の be 験 で は, same の external electric field under the condition of the Inca で あ っ て も different な る ガ ス flow dynamic を 挙 shown す こ と で が の past research points か っ て い る 3 つ で の conditions generated し た プ ラ ズ マ を with い た. Specific に は, (1) struck polarity の sine wave, (2) normal polarity の sine wave, (3) the negative polarity の sine wave の electric 圧 を electrode に Inca し て プ ラ ズ マ を generated し た. Youdaoplaceholder0 そ result, condition によ によ emission spectrophotometer measurement result そ large く く variation する となった とが bright ら となった. に, acid is atomic の acid, such as active kind of と smothering element イ オ ン molecules such as の smothering element is active で は, conditions に よ る 発 light intensity の variations change が different な る 挙 dynamic を shown し て い た. こ の variations change は had designated し て い た tendency と は different な っ て お り, the foregoing の 1) と 2) は ガ ス flow direction of buckling が same で あ る た め, 発 も light with others の tendency を shown す こ と を to think し て い た が, 発 optical spectrometer measuring で は が と 3. の conditions among the same の tendency を shown し た. The <s:1> results are に, に, て, て, よ, and detailed に. The 価を and う will be evaluated and determined in the future.

项目成果

外部電場印加時における大気圧プラズマジェットのガス流計測

施加外部电场时大气压等离子体射流的气体流量测量

• 发表时间: 2023
• 作者: 山田大将