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

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21H01075
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 14030:Applied plasma science-related
• Research Institution: Tokyo Metropolitan University
• Principal Investigator: Tochikubo Fumiyoshi 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 / プラズマ液体相互作用 / ガス温度計測

Outline of Final Research Achievements

In atmospheric pressure non-equilibrium plasmas with high plasma density, local gas density and gas flow are caused by the gas temperature rise due to Joule heating, therefore, it is necessary to consider the plasma formation process and charged/neutral species transport process with hydrodynamic effects (especially thermal effects). In this study, plasma analysis, gas and liquid fluid analysis are coupled for atmospheric pressure DC glow discharge with liquid electrode to establish a basis for numerical analysis of atmospheric pressure non-equilibrium plasmas including hydrodynamic effects. The dependence of the ion energy distribution incident on the cathode on the discharge current and gas temperature is also shown by particle simulation. Furthermore, the gas temperature distributions are shown by measurements using a Mach-Zehnder interferometer.

Free Research Field

プラズマエレクトロニクス

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

非平衡プラズマの数値解析においてはガス温度変化やガス密度変化はあまり考慮されてこなかった。しかし、大気圧非平衡プラズマにおいては、高密度のプラズマが局所的に形成されるために局所的ジュール加熱に伴うガス温度上昇が局所的なガス密度低下を招き、更に、ガス流を形成する。即ち、放電物理の基礎として、また、大気圧非平衡プラズマの応用において、上記効果を包含した考察が必要である。本研究では流体力学的作用（特に熱的作用）を考慮した大気圧非平衡プラズマの数値解析のための基盤を構築した。今後、更に様々な物理的・化学的な作用を導入することで、大気圧非平衡プラズマの学理の発展に資するものと考えられる。