Internally and externally induced non-stationary phenomena in filamentary plasma discharges

Mgr. Lucia Potočňáková, Ph.D.

Doctoral thesis

Abstract:

Tato závěrečná doktorská práce se zabývá experimentálním studiem dvou plazmových výbojů buzených ve vzácných plynech za atmosférického tlaku, tvořících zúžený plazmový kanál; těmi jsou klouzavý obloukový výboj a mikrovlnný plazmový jet. Za podmínek, které zvýraznily jejich dynamické chování, byly tyto výboje studovány především spektrálně, prostorově a časově rozlišenými optickými metodami. Střídavým napětím napájený klouzavý výboj byl buzen v doposud neprozkoumaných podmínkách měnící se gravitace a také ve větrném tunelu. Vliv na pohyb plazmového kanálu a vzájemné interakce konvekce, strhávání plynem, zkratových jevů, reziduální pre-ionizace, energetických ztrát a prostorového uspořádání toků v plazmatu byly studovány jak z pohledu okamžitých změn tak i časově zprůměrovaných statistik. Mikrovlnná plazmová tryska, surfatron, byla zkoumána jak v kontinuálním tak i amplitudově modulovaném režimu dodávání výkonu. Pro různé průtoky a výkony byla studována samoorganizace plazmových filamentů. Plazmochemie v oblasti, kde argonové plazma reagovalo s okolním vzduchem, byla diskutována na základě relativních intenzit v optických spektrech a časově rozlišených spektrálně filtrovaných obrázcích. Pro dostatečně rychlé změny výkonu bylo objeveno vytváření pohybujícího se toroidálního víru, který významně ovlivňoval probíhající procesy.

Abstract:

This PhD thesis is an experimental study of two atmospheric pressure plasma discharges operated in noble gases - gliding arc and microwave plasma jet, both exhibiting contracted plasma channel. They were investigated mainly by optical methods in spectrally, spatially and time resolved manner, under conditions enhancing their dynamic aspects. AC gliding arc discharge was operated under previously never explored conditions of varying gravity and in wind tunnel. Mutual interactions of buoyancy, gas drag, shortcut events, residual pre-ionisation, energy losses and plasma flow patterns and their influence on plasma channel movement were studied in both instantaneous and time-averaged way. Microwave plasma jet, surfatron, was examined in both continuous wave and power amplitude modulation regimes. Self organization of filaments was studied for various flow and power conditions. Optical emission spectra and time resolved spectrally filtered images were used to discuss the plasma chemistry and kinetics of argon plasma effluent interacting with ambient air. The formation of transient toroidal vortex significantly affecting these processes was discovered for rapid-enough incident power changes.

Keywords

klouzavý obloukový výboj, mikrovlnná plazmová tryska, vzácné plyny, filament, dynamické jevy, kvaziperiodické děje, amplitudová modulace, hypergravitace, diagnostika plazmatu, spektroskopie, gliding arc, microwave plasma jet, noble gas, dynamic effects, quasi-periodic phenomena, amplitude modulation, hypergravity, plasma diagnostics, spectroscopy

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 1. 11. 2017

Thesis defence

• Date of defence: 12. 12. 2017
• Supervisor: prof. Mgr. Vít Kudrle, Ph.D.
• Reader: doc. RNDr. Vítězslav Straňák, Ph.D., doc. RNDr. Milada Bartlová, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Physics (4-years) / Plasma Physics