氮氣常壓噴射式電漿模擬

Modeling of Nitrogen Atmospheric Pressure Plasma Jet

蔡政翰(Jheng-Han Tsai)

指導教授 ： 徐振哲

國立臺灣大學/工學院/化學工程學研究所/碩士(2013年)

https://doi.org/10.6342/NTU.2013.00289

摘要

本實驗進行氮氣常壓電漿噴流下游特徵之診斷及數值模擬。實驗中使用三種不同流體模型，這些模型分別為層流模型、校正層流模型及k-epsilon紊流模型，並將這些模型與氣相動力學做耦合，並與實驗結果做比較，下游之檢測包括利用熱電偶測量噴流下游氣體溫度、光譜儀分析噴流下游放射光譜及使用相機記錄電漿外觀變化。下一個目標為模擬外界空氣對電漿噴流中的反應物種密度的空間分佈之影響。
模擬結果顯示紊流模型能較其他兩種模型更準確地捕捉流場及物種的混和，且在模擬及實驗觀察所得之常壓電漿噴流下游的N2(B)強度及溫度分佈得到很好的一致性。而在不同的進氣流速下，紊流模型之結果還是比層流及校正層流模型有較好的捕捉實際狀況，因為其導入了參數k及epsilon去校正擴散係數。
此外，模擬結果也顯示出氧氣已經進入噴流下游且激發態氮氣分子因為氧氣和噴流相互作用使得密度急劇地下降。直接比較激發態氮氣分子N2(B)密度的空間分佈及實驗取得之電漿噴流的視覺外觀，得到模擬能性質上地捕捉當噴流與外界空氣接觸時之噴流尺寸的改變。

關鍵字

常壓 ； 氮氣 ； 噴射式電漿 ； 下游動力學 ； 驟冷 ； 外界空氣 ； 層流及紊流

並列摘要

無資料

並列關鍵字

Atmospheric pressure ； nitrogen ； plasma jet ； downstream kinetics ； quench ； ambient air ； turbulent and laminar

參考文獻

1. J. Heberlein and A. B. Murphy, " Thermal plasma waste treatment ", J. Phys. D-Appl. Phys., 41 (5)(2008).

2. A. Mountouris, E. Voutsas and D. Tassios, " Plasma gasification of sewage sludge: Process development and energy optimization ", Energy Conv. Manag., 49 (8), 2264-2271 (2008).

3. M. H. Chiang, K. C. Liao, I. M. Lin, C. C. Lu, H. Y. Huang, C. L. Kuo and J. S. Wu, " Modification of Hydrophilic Property of Polypropylene Films by a Parallel-Plate Nitrogen-Based Dielectric Barrier Discharge Jet ", IEEE Trans. Plasma Sci., 38 (6), 1489-1498 (2010).

4. R. Foest, E. Kindel, A. Ohl, M. Stieber and K. D. Weltmann, " Non-thermal atmospheric pressure discharges for surface modification ", Plasma Phys. Control. Fusion, 47, B525-B536 (2005).

5. E. Stoffels, Y. Sakiyama and D. B. Graves, " Cold atmospheric plasma: Charged species and their interactions with cells and tissues ", IEEE Trans. Plasma Sci., 36 (4), 1441-1457 (2008).