高度制御高電圧バーストパルスを用いた水面上パルス放電による気液界面現象の解明
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21K03994
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 21010:Power engineering-related
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| Research Institution | Iwate University |
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Principal Investigator |
高橋 克幸 岩手大学, 理工学部, 准教授 (00763153)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
高木 浩一 岩手大学, 理工学部, 教授 (00216615)
竹内 希 東京工業大学, 工学院, 准教授 (80467018)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2023: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2022: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
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| Keywords | 水面上パルス放電 / パルスパワー / 気液界面 / ラジカル / イオン |
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| Outline of Research at the Start |
本研究の目的は、気液界面における水面上パルス放電後の反応場の緩和現象を観測し、これまで明らかにされていない気液界面放電現象における放電機構と水中化学現象の相互関係を解明することである。そのためには、パルス間隔、パルス幅、極性を自在に高精度で制御可能な独自の高電圧バーストパルス電源を開発し、水面上パルス放電の連続的な発生を実現する。そして、残留した放電生成粒子が、続けて発生する放電現象ならびに、水中ラジカル・化学反応に及ぼす影響とその機構を明らかにし、気液界面における放電現象と化学反応のモデルを構築する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
昨年度まで観測した、液面上での連続放電発生時に2発目の放電進展が、パルス休止期間が20μs程度以下の場合で、2回目の放電が促進されることを観測してきた。最終年度として、その要因について検討した。まず、促進される要因として、1回目の放電によって放電路の気体分子が励起され累積電離によって放電が加速されること、または放電路の気体が加熱されることによって、2回目の放電での電離を促進されることが考えられる。
ICCDカメラを用いて、電圧遮断後の放電長を観測したところ、0.5μs程度かけ放電が縮退すること、また、電極先端部においては、3.5μs程度まで発光が持続することがわかった。バンドパスフィルタ(750±5 nm (ArI), 650±5 nm (H(α))使用時も同様の発光が観測されていることから、アフターグローとして放電が持続されていることがわかる。ここでは、雰囲気ガスのアルゴン励起種が残存し、励起種による階段電離もしくは励起種動詞の電離が生じ、放電が促進される可能性が示唆された。COMSOL Multiphysicを用いた数値計算でも同様に、後発放電ではアルゴン励起種同士の反応による電子生成量が約50%程度増加することがわかった。
熱による影響について同様の数値計算により、その緩和時間を見積もった。放電エネルギーの一部を熱入力[W/m^3]として入力し、放電中のガス温度を3000 Kまで上昇させたところ、ガス温度は1μs程度で2300 K、10μsで820 K程度で緩和することがわかった。これに伴い、放電路近傍の空間のガス密度が熱膨張によって減少し、換算電界が増加することがわかった。この現象は概ね、20μs程度で緩和し、実験値と傾向が一致し、放電促進の大きな要因であることが解明された。
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Report
(3 results)
Research Products
(26 results)
