Reconsideration of temperatures for non-equilibrium plasmas with low-ionization degree based on various entropy theory

基于各种熵理论对低电离度非平衡等离子体温度的再思考

基本信息

批准号：
22K03566
负责人：
赤塚洋
金额：
$ 2.75万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

令和４年度は、系の確率変数が連続変数となる系として、電子エネルギー分布関数に着目し、統計力学的な意味での温度の再検討を行った。具体的には、N2,O2の弱電離放電プラズマを対象として、2項近似を適用したBoltzmann方程式を、各ガス種励起状態のレート方程式と連立させて換算電界E/Nの関数として解き、電子エネルギー分布関数EEDF F(ε)を求め、Gibbsエントロピーを計算し、統計熱力学的温度1/(∂S/∂U)を再検討し、分布関数の傾きや、カイネティック温度(2U)/(3k)との一致・不一致を体系的に検討した。振動励起状態密度と連立させてEEDFを解くコードを自作しており、これを利用した。その結果、酸素・窒素の両方のプラズマについて、エントロピーSと電子エネルギーの対数lnUとの間の良好な線形関係が確認されたが、酸素プラズマでは d(S/k)/d(lnU)= 1.55-1.61,窒素プラズマでは1.53-1.58となって、Alvarezらの予測値1.50とほぼ一致したが、正確には一致しないことが判明した。また、エントロピーと平均エネルギーの関係から計算される統計的熱力学的電子温度も、電子の運動温度とほぼ一致するが、厳密には一致しなかった。過去の研究では、酸素分子の酸素原子への解離も、非弾性および超弾性衝突による窒素分子の振動レベルとのエネルギー交換も考慮されていなかった。つまり、ボルツマン方程式を解いて EEDF を求める場合、EEDF の影響をボルツマン方程式の衝突項に適切に組み込み、電子エネルギーの変化を調べる必要がある。線形であった2項近似ボルツマン方程式が非線形になる。その結果、対応するエントロピーは、本研究で扱ったギブスエントロピーとは限らないことも確認された。他のタイプの非平衡エントロピーについても議論する必要があり、今後さらに検討する必要があると考えられる。

在Oruwa的第四年中，作为系统中概率变量的系统，我们关注电子能量分布功能，并以统计意义审查了温度。具体而言，应用N2和O2的2段相似性的Boltzmann方程是转换的电场E/N的函数，其中应用相似性相似性的Boltzmann方程是每个气体类型激发状态的方程式。为了搜索能量分布函数EEDF F（ε），计算Gibbs熵，重新考虑1/（∂s/∂u）的统计热力学温度，倾斜分布函数（2U）/（2U）/（2U）/（2U）/（ 2U）。我们创建了自己的代码，通过与振动鼓励密度协调来解决EEDF。结果，确认熵S和电子能量对数LNU之间的良好线性关系在氧气和氮血浆中均得到证实，但是在氧血浆中，d（s/k）/d（lnu）= 1.55。是1.53-1.58，几乎与Alvarez等人匹配，但发现它完全相同。此外，根据熵和平均能量之间关系计算得出的统计热力学电子温度几乎与电子运动温度相同，但并不是严格一致的。过去的研究没有考虑到由于非弹性和超级弹性碰撞而导致的氧原子中的氧分子解剖或具有氮分子振动水平的能量交换。换句话说，在求解eEDF来求解Bolzman方程时，有必要将EEDF的效果正确地纳入Boltzman方程冲突并检查电子能量的变化。线性相似的螺栓手方程是非线性的。结果，还确认了相应的熵不一定是本研究中处理的gibs熵。有必要讨论其他类型的非平衡熵，并且有必要在将来进一步考虑。