固体表面近傍の電荷移動を伴う熱・物質移動におよぼす大気圧下非平衡プラズマの影響

大气压下非平衡等离子体对固体表面附近伴随电荷转移的传热传质的影响

基本信息

  • 批准号:
    09750223
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 1.34万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    日本
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
  • 财政年份:
    1997
  • 资助国家:
    日本
  • 起止时间:
    1997 至 1998
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

大気圧下非平衡プラズマにおいて,高効率な物質変換プロセスを実現するためには,プラズマ反応場の温度制御が重要な課題である.そこで今年度の研究では,プラズマの冷却効果が高いことで知られる沿面放電を対象に,大気圧下非平衡プラズマの伝熱機構の解明を試みた.プラズマ伝熱では,通常の温度勾配に基づく熱移動に加え,荷電粒子や活性種を介した熱移動も生じることが特徴である.そこで,比較的大きなエネルギーを輸送すると考えられる準安定励起種に着目し,空気,窒素,アルゴン,二酸化炭素による噴流下で沿面放電を形成し,プラズマから誘電体に伝達された熱流量を測定した.以下に,本研究で得られた主な結果を示す.1. 準安定励起種が壁面への伝熱量におよぼす影響 準安定励起準位を持たない二酸化炭素では,消費電力の約90%が熱として誘電体に伝達された.続いて,空気(75%)>窒素(64%)>アルゴン(60%)の順で誘電体への伝熱量が低下した.準安定励起種を介したエネルギー輸送により,沿面放電から誘電体への伝熱量が低下することが明らかとなった.2. 高周波高電圧電源の開発 パワーデバイスを用いた大電力高速スイッチングにより,5kHz〜150kHzの正弦波高電圧を発生する回路を開発した.本回路を用いれば,繰返し周波数20kHzのパルス電圧を発生することも可能である.3. 電圧-電流特性の評価 放電維持電圧-放電電荷特性は,気体の種類,周波数(7kHz〜100kHz)によって大きく変化しない.一方,プラズマから誘電体への伝熱量は,周波数が高いほど増大する傾向が見られた.また,パルス電圧を印加すれば,誘電体への伝熱量は大幅に低下する.4. 熱・物質移動現象の制御 消費電力に占める誘電体への伝熱量の割合は,Re数の増大とともに低下していく.これは,準安定励起種を介したエネルギー輸送により,プラズマで発生した熱が主流に持ち去られるためと考えられる.したがって,準安定励起準位を持たない気体では,冷却効果が高まることになる.
为了在大气压下非平衡等离子体中实现高效的材料转化过程,等离子体反应场的温度控制是一个重要问题,我们试图以蠕变放电为目标来阐明大气压下非平衡等离子体的传热机制。 。此外,它的特点是热传递是通过带电粒子和活性物质发生的。因此,我们关注被认为传输相对大量能量的亚稳态激发物质,下面形成沿面放电,并产生热流。测量了从等离子体到电介质的转移。本研究取得的主要结果如下: 1.亚稳态激发态物质对壁面传热的影响据透露,在不具有亚稳态激发能级的二氧化碳中,大约90%的功耗以热量的形式转移到电介质中,其次是空气(75%)>氮气(64%)>氩气(60%)。由于通过亚稳态激发物种进行能量传输,从沿面放电传递到电介质的热量减少了。 2. 高频高压电源的开发。我们开发了一种电路,通过使用功率器件的大功率、高速开关,产生频率为5kHz至150kHz的正弦高压。使用该电路,还可以产生重复频率为20kHz的脉冲电压.3. 电压-电流特性评估放电维持电压-放电充电特性不会因气体种类或频率(7kHz~100kHz)而发生显着变化。另一方面,从等离子体向电介质传递的热量随着频率的增加而增加。另外,如果施加脉冲电压,则传递到介电材料的热量会显着减少。 4.热和质量传递现象的控制。随着Re值的增加,传递到电介质的热量的比例降低,这是因为等离子体中产生的热量通过亚稳态激发态物质被能量传输带走,因此,冷却效果将会增强。不具有亚稳态激发能级的气体。

项目成果

期刊论文数量(8)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
野崎 智洋, 岡崎 健, 熊田 雅弥: "大気圧下非平衡プラズマの伝熱機構に関する基礎的研究" 第36回日本伝熱シンポジウム. (発表予定). (1999)
Tomohiro Nozaki、Ken Okazaki、Masaya Kumada:“大气压下非平衡等离子体传热机制的基础研究”第36届日本传热研讨会(预定报告)。
  • DOI:
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  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
T.NOZAKI, K.OKAZAKI, M.KUMADA: "Study on Heat and Mass Transfer Phenomena in the Surface Discharge Plasma" International Symposium on Plasma Chemistry -14. (発表予定). (1999)
T.NOZAKI、K.OKAZAKI、M.KUMADA:“表面放电等离子体中的传热传质现象研究”国际等离子体化学研讨会-14(待提交)。
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  • 发表时间:
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  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
野崎 智洋, 川野 茂, 岡崎 健, 熊田雅弥: "固体表面近傍の熱・物質移動現象におよぼす大気圧下非平衡プラズマの影響" 第35回日本伝熱シンポジウム. (発表予定). (1998)
Tomohiro Nozaki、Shigeru Kawano、Ken Okazaki、Masaya Kumada:“大气压下非平衡等离子体对固体表面附近传热和传质现象的影响”第 35 届日本传热研讨会(预定报告)。
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  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
野崎智洋, 川野 茂, 岡崎 健, 熊田雅弥: "固体表面近傍の熱・物質移動現象におよぼす大気圧下非平衡プラズマの影響" 第35回日本熱シンポジウム. Vol.2. 643-644 (1998)
Tomohiro Nozaki、Shigeru Kawano、Ken Okazaki、Masaya Kumada:“大气压下非平衡等离子体对固体表面附近传热和传质现象的影响”第 35 届日本热学研讨会。 2. 643-644 (1998)
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  • 作者:
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