نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 1. پژوهشکده‌ی پلاسما و گداخت هسته‌ای، پژوهشگاه علوم و فنون هسته‌ای، سازمان انرژی اتمی، صندوق پستی: 51113-14399، تهران- ایران

2 2. دانشکده‌ی مهندسی برق، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، صندوق پستی ۴۴۱۳-۱۵۸۷۵، تهران ـ ایران

3 3. پژوهشکده‌ی کشاورزی هسته‌ای، پژوهشگاه علوم و فنون هسته‌ای، سازمان انرژی اتمی، صندوق پستی: 498-31485، کرج- ایران

4 4. گروه علوم پایه، دانشگاه آزاد اسلامی واحد شبستر، صندوق پستی: 5381637181، شبستر - ایران

چکیده

شبیه ­سازی یک بعدی پلاسمای تخلیه ­ی سد دی­ الکتریک صفحه ­ای با استفاده از نرم­ افزار کامسول انجام شد. تأثیر ضخامت و ضریب دی ­الکتریک، ولتاژ و بسامد اعمال­ شده به الکترودها بر تغییرات دما و چگالی الکترون مورد مطالعه قرار گرفت. نتیجه­ های به دست آمده نشان داد که افزایش ولتاژ، بسامد، ضریب گسیل الکترون ثانویه ­ی الکترود و ضریب دی­ الکتریک باعث افزایش چگالی الکترون می­ شود درحالی که افزایش ضخامت دی­ الکتریک، چگالی الکترون را کاهش می­ دهد. افزایش ولتاژ از 5 تا kV 50، سبب افزایش چگالی الکترون از 1017×4 به
3-m 1018×2/3 شد، با افزایش بسامد از 20 تا kHz 50، چگالی الکترون از حدود 1017×96/1 تا حدود 3-m 1017×5/3 افزایش یافت. در این شبیه ­سازی ­ها مشاهده­ شد که افزایش ولتاژ، بسامد و ضخامت دی ­الکتریک باعث افزایش دمای الکترون می­ شود درحالی که افزایش ضریب
دی­ الکتریک و ضریب گسیل الکترون ثانویه ­ی الکترود، اثرهای متفاوتی دارند. از نتیجه­ های به دست آمده مشخص شد که بدون نیاز به اعمال ولتاژ و بسامد بالا؛ با تغییر جنس و ابعاد دی ­الکتریک و جنس الکترودها می­ توان چگالی الکترون را تا مرتبه ­ی 3-m 1018 افزایش داد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Calculation of temperature and density for dielectric- barrier discharge (DBD) plasma using COMSOL

نویسندگان [English]

  • A Mazandarani 1
  • Sh Goudarzi 1
  • H Ghafoorifard 2
  • A Eskandari 3
  • Sh Shahshenas 4

چکیده [English]

In this paper, a one-dimensional simulation for discus plate dielectric barrier discharge (DBD) is done by COMSOL Multiphysics software. The effects of different parameters such as voltage, frequency, dielectric thickness, dielectric constant and electrode’s material on the temperature and density of electrons are investigated, it is found that secondary electron emission coefficient of the electrode, dielectric constant and the thickness of dielectric have a direct impact on the density of electron. The voltage increment from 5 to 50 kV, causes electron density growing from 4×1017m-3 to 3.2×1018m-3. Based on this study, electron density could reach up to the orders of 1018m-3 by optimizing material and dimensions of dielectric and electrodes without applying high voltage and frequency which results a significant lower production cost.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Simulation
  • Electron density
  • Electron Temperature
  • Plasma
  • COMSOL

1. U. Kogelschatz, B. Eliasson, W. Egli. Dielectric-Barrier Discharges, Principle and Applications, Journal de Physique IV Colloque, 07 (C4), C4-47-C4-66, (1997).

2. U. Kogelschatz, Dielectric-barrier Discharges: Their History, Discharge Physics, and Industrial Applications, Plasma Chemistry and Plasma Processing, 23 (1), (March 2003).

3. A. Ozkan, et al, How do the barrier thickness and dielectric material influence the filamentary mode and CO2 conversion in a flowing DBD?, Plasma Sources Sci. Technol. 25, 025013 (2016). 

4.N.N. Misra, O. Schluter,  P.J. Cullen, Cold Plasma in Food and Agriculture Fundamentals and Applications, Academic Press is an imprint of Elsevier, 2th edition, (2016).

5. T.C. Corke, Overview of plasma flow control: concepts, optimization and applications, In: AIAA Paper 2005–563. 43rd AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, Reno, NV (2005).

6. Yu.B. Golubovskii, et al, Modelling of the homogeneous barrier discharge in helium at atmospheric pressure, Journal of Physics D: Applied Physics36 (1) (2002).

7. H.-Y. Zhang, D.-Z. Wang, X.-G. Wang, Numerical studies of atmospheric pressure glow discharge controlled by a dielectric barrier between two coaxial electrodes, Chin. Phys. 16 (4), 1089-1096 (2007).

 

8. D. Petrović, et al, Fluid modelling of an atmospheric pressure dielectric barrier discharge in cylindrical geometry, J. Phys. D: Appl. Phys. 42 (20), 205206 (2009). 

9. U.N. Pal1, et al, Electrical modelling approach for discharge analysis of a coaxial DBD tube filled with argon, J. Phys. D: Appl. Phys. 42 (4), 045213 (2009).

10. R. Abidat, S. Rebiai, L. Benterrouche, Numerical simulation of atmospheric Dielectric Barrier Discharge in helium gas using COMSOL Multiphysics, 3rd International Conference on Systems and Control,  IEEE, (Oct 2013).

11. J. Pan, et al, Numerical simulation of evolution features of the atmospheric-pressure CF4 plasma generated by the pulsed dielectric barrier discharge, The European Physical Journal D, Springer, (June 2016).

12. S. GadkariS. Gu, Numerical investigation of co-axial DBD: Influence of relative permittivity of the dielectric barrier, applied voltage amplitude, and frequency, Physics of Plasmas, 24, 053517, (2017).

13. F. Sohbatzadeh, H. Soltani, Time-dependent one-dimensional simulation of atmospheric dielectric barrier discharge in N2/O2/H2O using COMSOL Multiphysics, Journal of Theoretical and Applied Physics, 12, 53-63 (2018).