محاسبه دما و چگالی پلاسمای تخلیه سد دی‌الکتریک با استفاده از کامسول

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکترا پژوهشگاه علوم و فنون هسته ای

2 عضو هیئت علمی پژوهشگاه علوم وفنون هسته ای

3 عضو هیئت علمی دانشگاه صنعتی امیرکبیر

4 هیإت علمی

5 عضو هیئت علمی دانشگاه آزاد اسلامی واحد شبستر

چکیده

در این مقاله، شبیه‌سازی یک بعدی پلاسمای تخلیه سد دی‌الکتریک (دی‌بی‌دی) صفحه‌ای با استفاده از نرم‌افزار کامسول انجام شد. تاثیر ضخامت عایق، ضریب دی‌الکتریک، ولتاژ و فرکانس اعمالی به الکترودها بر تغییرات دما و چگالی الکترونی مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج به دست آمده نشان داد که افزایش ولتاژ، فرکانس، ضریب گسیل الکترون ثانویه الکترود و ضریب دی‌الکتریک باعث افزایش چگالی الکترونی می‌شوند درحالی که افزایش ضخامت عایق، چگالی الکترون را کاهش می‌دهد. افزایش ولتاژ از 5 تا 50 کیلوولت، سبب افزایش چگالی الکترون از 3-m 1017 × 4 به 3-m 1018 × 2/3 گردید، با افزایش فرکانس از 20 تا 50 کیلوهرتز، چگالی الکترون نیز از حدود 3-m 1017 × 96/1 تا حدود 3-m 1017 × 5/3 افزایش یافت. در این شبیه‌سازی‌ها مشاهده شد که افزایش ولتاژ، فرکانس و ضخامت عایق باعث افزایش دمای الکترون می‌شود درحالی که افزایش ضریب دی‌الکتریک و ضریب گسیل الکترون ثانویه الکترود، اثرهای متفاوتی دارند. از نتایج به دست آمده مشخص شد که بدون نیاز به اعمال ولتاژ و فرکانس بالا؛ با تغییر جنس و ابعاد دی‌الکتریک و جنس الکترودها می‌توان چگالی الکترون را تا مرتبه 3-m 1018 افزایش داد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Calculation of the Temperature and Density for DBD Plasma Using COMSOL

نویسندگان [English]

  • abolfazl mazandarani 1
  • shervin goudarzi 2
  • hasan ghafoorifard 3
  • Ali Eskandari 4
  • shiva shahshenas 5
1 phd student nuclear science and technology research institute
2 member of scientific staff
3 member of scientific staff, amirkabir university of technology
4 member of scientific staff
5 member of scientific staff, Azad Islamic University of shabestar
چکیده [English]

In this paper, a one-dimensional simulation for planner DBD plasma is done using COMSOL Multiphysics software. The effects of voltage, frequency, dielectric thickness, dielectric constant and electrode’s material on density and temperature of electron are investigated. Results show that increasing the voltage, frequency, secondary electron emission coefficient of the electrode, and dielectric constant increase the electron density while increasing the thickness of the dielectric, reduces the electron density. By increasing the voltage from 5 to 50 kV, the electron density increased from 〖4×10〗^17 m^(-3) up to 〖3.2×10〗^18 m^(-3). By increasing the frequency from 20 to 50 kHz, the electron density increased from 〖1.96×10〗^17 m^(-3) to 〖3.5×10〗^17 m^(-3).
It was observed from our simulations that increasing the voltage, frequency, and thickness of the dielectric increases the electron temperature, while the increase in the dielectric coefficient and the secondary electron emission coefficient of electrodes have different effects. Results revealed that the electron density could reach up to orders of 〖10〗^18 m^(-3) by optimizing material and dimensions of dielectric and electrodes without applying huge voltage and frequency.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Plasma
  • Simulation
  • Electron density
  • Electron Temperature
  • DBD, COMSOL