| 研究課題/領域番号 |
21H01075
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分14030:プラズマ応用科学関連
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| 研究機関 | 東京都立大学 |
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研究代表者 |
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)
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| 研究分担者 |
中川 雄介 東京都立大学, システムデザイン研究科, 助教 (80805391)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
15,080千円 (直接経費: 11,600千円、間接経費: 3,480千円)
2023年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
2022年度: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)
2021年度: 6,890千円 (直接経費: 5,300千円、間接経費: 1,590千円)
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| キーワード | 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 / 流体シミュレーション / 温度計測 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
大気圧非平衡プラズマは高プラズマ密度且つ局在化しやすいためにガス温度上昇やイオン風を誘発しやすい。即ち，流体力学的作用を包含してプラズマ構造，気相反応，荷電粒子やラジカルの輸送を考える必要がある。気液界面プラズマでは，これらに加えて液体の加熱と蒸発，流動が起こる。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，得られた知見を包含した気液界面プラズマの学理を構築する。
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| 研究成果の概要 |
高プラズマ密度である大気圧非平衡プラズマではジュール加熱に伴うガス温度上昇により、局所的なガス密度変化やガス流を生じるので、流体力学的作用（特に熱的作用）を考慮したプラズマ形成過程や荷電粒子／活性種輸送過程の考察が必要である。本研究では、液体電極を有する大気圧直流グロー放電に対して、プラズマ解析、気体と液体の流体解析を連成し、流体力学的作用を含む大気圧非平衡プラズマの数値解析の基盤を構築した。また、粒子解析により、陰極に入射するイオンエネルギー分布の放電電流やガス温度に対する依存性を示した。更に、マッハツェンダー干渉計を利用した計測により、ガス温度分布の各種特性を示した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
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。
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