Project

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Pycnoclinic acoustic force effect on transport processes in non-equilibrium plasmas

English title Pycnoclinic acoustic force effect on transport processes in non-equilibrium plasmas
Applicant Courret Gilles
Number 190619
Funding scheme Spark
Research institution Haute Ecole d'Ingénierie et de Gestion du Canton de Vaud (HEIG-VD)
Institution of higher education University of Applied Sciences and Arts Western Switzerland - HES-SO
Main discipline Plasma Physics
Start/End 01.02.2020 - 30.04.2021
Approved amount 87'918.00
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All Disciplines (2)

Discipline
Plasma Physics
Physical Chemistry

Keywords (8)

plasma moléculaire; thermodynamique hors-équilibre; acoustique; sonochimie; pycnoclinique; acoustophorèse; excitation vibrationnelle des gaz; Power2Gas

Lay Summary (French)

Lead
Ce projet va nous permettre de traiter de la sonochimie des plasmas hors équilibre en résonance acoustique en rapport avec la récente découverte de la formation de boule de plasma qui se produit dans une lampe à plasma microonde pulsé. Il a été démontré que la formation de la boule résulte d'une résonance acoustique en mode sphérique. A partir de la mesure de la fréquence de résonance, légèrement inférieure à 30 kHz, la valeur moyenne de la pression à l'intérieur du bulbe a été évaluée à partir du calcul de la vitesse du son. De plus, il a été suggéré que la force acoustique pycnoclinique (FAP) est essentielle pour la description du mécanisme de piégeage qui permet de retenir le plasma contre sa propre flottabilité. Selon la théorie de la thermodynamique hors équilibre, cette affinité supplémentaire devrait modifier l'état stationnaire du plasma, en particulier sa chimie et, par conséquent, son émission de lumière.
Lay summary

Contenu et objectifs du travail de recherche

L’objectif du projet est d’établir un tout nouveau modèle permettant de prendre en compte la composition chimique du plasma, principalement son degré de dissociation, afin de quantifier l’action chimique du FAP. Ce modèle permettra également de calculer le flux d'émission de lumière afin de le comparer aux données mesurées.

Contexte scientifique et social du projet de recherche

Le présent projet vise à tester cette nouvelle idée scientifique en modélisant l’effet du FAP sur les oscillations de la luminosité du plasma, mesurées par des photo-capteurs rapides. Ce projet ouvrira de nouvelles perspectives importantes dans des domaines de recherche appliquée tels que les séparateurs acoustophorétiques pour les processus chimiques du plasma ainsi que la combustion en présence de son. Ces domaines de l’ingénierie revêtent une importance primordiale dans le secteur de l’énergie, en particulier dans le domaine de la conversion de l'énergie électrique en énergie chimique pour le stockage intersaison des énergies renouvelables, et sont donc très prometteurs pour réduire nos émissions de carbone.

Direct link to Lay Summary Last update: 22.11.2019

Responsible applicant and co-applicants

Employees

Publications

Publication
Investigation of a Molecular Plasma From its Acoustic Response
Courret Gilles, Nikkola Petri, Croci Mirko, Egolf Peter W. (2021), Investigation of a Molecular Plasma From its Acoustic Response, in IEEE Transactions on Plasma Science, 49(1), 276-284.

Collaboration

Group / person Country
Types of collaboration
Prof. S. Putterman's research group at University California Los Angeles United States of America (North America)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results

Abstract

This project proposal deals with non-equilibrium plasmas sonochemistry in acoustic resonance in regards with the recent discovery of the plasma ball formation that occurs in a pulsed microwave plasma lamp. It has been shown that the ball formation results from an acoustic resonance in a spherical mode. From the measure of the resonance frequency, which lies slightly below 30 kHz, the average value of the pressure inside the bulb has been assessed from the calculation of the velocity of sound. Furthermore, it has been suggested that the pycnoclinic acoustic force (PAF) is essential for the description of the trapping mechanism that allows holding a plasma against its own buoyancy. According to the theory of non-equilibrium thermodynamics, this additional affinity should modify the stationary state of the plasma, especially its chemistry and, as a result, its emission of light. The present project aims to test this new scientific idea by modelling the effect of the PAF on the plasma brightness oscillations, which have been measured by fast photosensors. This project will open new important feedbacks in applied research domains like acoustophoretic separators for plasma chemical processes as well as combustion in the presence of sound. These areas of engineering are of paramount importance in the energy sector, especially in the field of electric to chemical conversion for the renewables interseason storing, and are thus key to reduce our carbon emissions.
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