2023 Fiscal Year Annual Research Report
Numerical analysis of atmospheric-pressure nonequilibrium plasma combined with hydrodynamic effects of gases and liquids
| Project/Area Number |
21H01075
|
|---|
| Research Institution | Tokyo Metropolitan University |
|---|
Principal Investigator |
杤久保 文嘉 東京都立大学, システムデザイン研究科, 教授 (90244417)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中川 雄介 東京都立大学, システムデザイン研究科, 助教 (80805391)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
|
| Keywords | 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 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
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) マッハツェンダー干渉計による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，干渉縞から局所ガス密度・温度分布を再構成する際の条件とアルゴリズムの検証を行い，単位長さ当たりの干渉縞数とカメラの画素数を最適化し，更にアルゴリズムを見直すことでガス密度分布の解像度を改善し，計測精度の向上を図った。また，直流Arグロー放電における印加電圧の極性の影響についても検証した。
項目(2)では，大気圧ヘリウムガス中で金属ノズル電極－液体電極間に発生する直流グロー放電を対象として，流体近似モデルによるプラズマ・液体中の荷電粒子密度や電位分布等のプラズマ解析，及び，プラズマ・液体中での熱流体解析，を連成した解析を行った。これにより，プラズマ・液体中での熱輸送を包含したプラズマ解析の基盤を作ることができた。一方で，当初予定していた活性種輸送，及び，液体の蒸発を考慮した解析には至らなかった。
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含むグロー放電構造の解析，この結果を用いた熱伝導方程式による電極間のガス温度分布の計算を行った。更に，得られた温度下でPIC/MCC法による計算を繰り返した。放電条件に依存するが，陰極に入射する平均イオンエネルギーは1-2 eV程度であり，温度上昇に伴って増加することを確認した。
|
| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
|
| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
|
