磁場による非平衡プラズマ流の熱および流れの精密制御

1991 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 02805022
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 西山 秀哉 東北大学, 流体科学研究所, 助教授 (20156128)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 神山 新一 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (80006171)
• Keywords: プラズマジェット / 熱非平衡 / 磁場制御 / 熱流体力学的特性 / プラズマ特性 / 電子 / イオン / 可視化

Research Abstract

本研究では、弱電離非平衡プラズマジェットの工業への応用拡大にあたり、既存の制御要素である雰囲気圧力、放電電力、流路形状、質量流量、ガスの種類以外に、マクロ及びミクロの両面から清浄な状態で精密に機能制御できると考えられる磁場制御に関する基礎研究として、熱流体力学的特性やプラズマ特性、また励起特性のミラ-型磁場による制御特性を明らかにし、さらに、ガス流量、放電電流による温度場の変化との比較も行った。
得たる主な結果を要約すると以下のようになる。
1.熱流体力学的特性は、半径方向ロ-レンツ力や磁気的圧縮効果およびジュ-ル加熱の働く荷電粒子と中性粒子の衝突干渉の増大により、ジェットの中心領域でガス速度とガス温度が上昇し、ジェットの半値幅特性により特に速度が半径方向に絞られることが明らかになった。
2.ミクロで精密な制御を期待されるプラズマ特性は、磁場による電子の半径方向への拡散抑制、磁気的圧縮効果、半径方向ロ-レンツ力等により、ジェットの中心領域で電子温度と電子密度が上昇し、イオン速度が著しく増速することが明らかになった。特に電子密度は磁場との相関が強く、半径方向の全領域で明確に制御できることが明らかになった。
3.化学反応などで重要視される励起原子及び励起イオンの励起特性は、磁場により衝突励起や励起原子占有密度の変化等によって、プラズマ領域で発光強度が増加し、また励起温度及び励起原子密度も増大することが明らかになった。特にイオンモ-ドがより活性的で、磁場により大きく変化することが明らかになった。
4.質量流量や放電電流の変化に対する温度場の可視化との比較により、プラズマの性格の強い領域での磁場による温度制御は、他の制御方法と同程度でできることが明らかになった。

Research Products

• [Publications] 西山 秀哉,佐藤 岳彦,神山 新一: "磁場による非平衡プラズマジェットの熱と流れの精密制御" 日本機械学会東北支部第27期総会・講演会講演論文集 No.921ー1. 27-29 (1992)
• [Publications] 西山 秀哉: "ブラズマ流体応用" 機械の研究. 44. 193-198 (1992)
• [Publications] H.Nishiyam,T.Sato and S.Kamiyama: "Precise Control of Characterization of a LowーPressure Plasma Jet by Applying the Magnetic Field" Proc.X Int.Conf.on Gas Discharges and Their Applications. (1992)