بررسی عددی خواص فیزیکی و شیمیایی تخلیة الکتریکی با سد دی‌الکتریک در ترکیب کم‌فشار آرگون-اکسیژن

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکدة علوم پایه، دانشگاه لرستان، خرم آباد

2 دانشکدة علوم پایه، دانشگاه مازندران، بابلسر

چکیده
با توجه به پیشرفت روزافزون فناوری پلاسما و گستردگی کاربرد آن در زمینه‌های مختلف تحقیقاتی و صنعتی، بررسی خواص فیزیکی و شیمیایی پلاسمای تولید‌شده در شرایط مختلف و با ترکیب‌های گازی متفاوت از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. در این مطالعه، شبیه‌سازی تخلیه الکتریکی با سد دی‌الکتریک در فشار 400 پاسکال و اعمال ولتاژ سینوسی با دامنه 350 ولت و فرکانس 7 کیلوهرتز، خواص فیزیکی و شیمیایی ترکیب گازی آرگون–اکسیژن در پلاسمای تولیدشده مورد ارزیابی قرار گرفته است. برای این منظور، گاز آرگون را به‌عنوان گاز زمینه در نظر گرفته شد و اکسیژن را در پنج سطح مختلف با درصدهای 1%، 5%، 10%، 20%، و 50% به آن افزوده شد. شبیه‌سازی با استفاده از نرم‌افزار تجاری COMSOL Multiphysics انجام شد و پارامترهایی از قبیل منحنی مشخصة ولتاژ-جریان، توزیع چگالی گونه‌های مختلف، و توزیع دمای الکترون، بررسی شدند. هدف از این پژوهش، بررسی تحول زمانی ویژگی‌های سینتیکی و چگالی گونه‌های مختلف تولید شده، مانند اوزون و اکسیژن تک‌اتمی است که نقش اساسی در فرایندهای استریلیزاسیون ایفا می‌کنند و کنترل مقادیر آن‌ها می‌تواند بازده سامانه را افزایش دهد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله English

Numerical Investigation of the Physical and Chemical Properties of Dielectric Barrier Discharge in a Low-Pressure Argon–Oxygen Mixture

نویسندگان English

Azadeh Barjasteh 1
Hamed Soltani 2
1 Lorestan University
2 Physics group, Basic science faculty, Mazandaran University
چکیده English

Given the increasing development of plasma technology and its wide range of applications in various research and industrial fields, investigating the physical and chemical properties of plasmas produced under different gas compositions is of particular importance. In this study, we evaluate the physical and chemical properties of an argon–oxygen gas mixture by simulating a dielectric barrier discharge at a pressure of 400 Pa under a sinusoidal voltage with an amplitude of 350 V and a frequency of 7 kHz. Argon was considered as the base gas, and oxygen was added at five different concentrations of 1%, 5%, 10%, 20%, and 50%. The simulations were performed using the commercial software COMSOL Multiphysics, and parameters such as the voltage–current characteristic, density distributions of different species, and electron temperature distribution were investigated. The aim of this study is to investigate the temporal evolution of the kinetic properties and densities of various generated species, such as ozone and atomic oxygen, which play an important role in sterilization processes, and to determine their optimal values for improving the efficiency of the system.

کلیدواژه‌ها English

Dielectric Barrier Discharge
Comsol Simulation
Argon-Oxygen mixture
Physical and chemical properties
Low pressure Discharge
1.       B Eliasson and U Kogelschatz, IEEE. Trans. Plasma. Sci, 19(2) (1991)309–23.
2.       D Braun, U Kuchler, and G Pietsh, J. Phys D. Appl. Phys, 24 (1991) 564–72.
3.       J Moon, IEEE. Trans. Indust. Appl, 3 (6) (1998)1829–36.
4.       D Graves and A tutorial, rev. Phys. Plasmas, 21 (2014) 080901.
5.       F Rossi, O Kylián, and Hasiwa, Phys. Rev. B 87 (2013) 224416.
6.       Y P Raizer and J E Allen, Gas Discharge. Phys. Springer. Berlin (1997).
7.       A Fernández-Rueda, F Pontiga, and S Baadj, 47th EPS Conference. Plas. Phys, 45A:979-10-96389-13-1 (2021).
8.       J Walsh, D Liu, F Iza, M Rong, and M Kong, J. Phys D. Appl. Phys, 43 (3) (2010) 032001.
9.       A Nisa, K Firdausi, M Kanie, A Susan, E Yulianto, and M Nur, IOP. Journ. Phys. Conf Series, 1170 (2019) 012017.
10.    J Pan, Z Tan, Y Liu, G Pan and X Wang, Phys. Plasmas, 22 (9) (2015).
11.    J R Roth, Industrial Plasma Engineering. Nontherm. Plas. Proc, (2001).
12.    E Wagenaars, R Brandenburg, W Brok, M D Bowden, and H E Wagner. Jour. Phys D. App. Phys. 39 (4), (2006) 700.
13.    A Fridman and L A Kennedy, Plasma. Phys. & eng. CRC press (2004).
14.    A L Garner and T A Mehlhorn. Rev. Fron.  Phys. 9 (2021), 786381.
15.    M Akter, D K Yadav, S H Ki, E H Choi, and I Han, Int. Jour. Molecular Sci. 21 (21) (2020) 8321.

فایل‌های تکمیلی/اضافی

تحت نظارت وف بومی