| 저자(한글) |
ZHU, Yi-fei,WU, Yun,CUI, Wei,LI, Ying-hong,JIA, Min |
| 초록 |
본 연구에서는 우선, 15가지 입자와 42개 반응을 고려한 2차원 플라즈마 물리-화학적 모델을 구축하였다. 다음으로, 3단계 가변스탭크기(variable step size) 조절법을 이용하여 나노초 시간 척도에서의 플라즈마 방전 특성과 마이크로초, 밀리초 및 초 등 시간 척도에서의 유동장의 온도, 압력 및 속도 반응 등을 계산하였다. 마지막으로, 전압-전류 특성, 고감도 전하결합 소자(intensified charge-coupled device, ICCD) 및 입자영상 유속계(particle image velocimetry, PIV) 실험 등을 통하여 본 모델을 검증하였다. 그 결과, 나노초 펄스 플라즈마 방전에 의해 국부적 온도는 최고로 1.8×10 10 K/s로 상승되었으며 열원이 가장 강한 위치는 상부 전극의 후단점(back end of the upper electrode)으로 확인되었다. 국부적인 에너지를 신속하게 주입하여 압력장에 강한 섭동이 발생되도록 하여 상부 전극의 후단점 위치를 중심으로 하는 비균일 분포된 앞축파와 뒤따른 팽창파가 형성되었으며 특히 강한 압력 교란파는 형성 초기 단계에서 현장 음속을 신속히 전파하였으나 바로 감쇠되어 약한 교란파가 되었다. 압력 섭동이 발생 후, 국부적 고온은 국부적 유동장을 유도하여 와류 구조를 형성함으로써 와류 내 유체의 평균 속도가 0.3 m/s로 되었다. 시뮬레이션 및 실험 결과에서는 모두 나노초 펄스 작동을 반복적으로 가할 때, 국부적 유도 와류는 거시적 열대류 효과와 중첩되어 유체 반응은 먼저 수직 방향으로 상승하다가 다시 안정되게 오른쪽 상단 방향으로 향하는 사류(induced vortexes)로 나타나는 특성을 보였다. |
