Öz Plazmatronların üretebildikleri yüksek sıcaklıktaki plazma sayesinde kullanım alanları gün geçtikçe artmaktadır. Yüksek sıcaklıktaki ve hızdaki plazma akışları kömür ve biyokütle atıklarının yakılması, gazlaştırılması, hava araçlarının...
moreÖz Plazmatronların üretebildikleri yüksek sıcaklıktaki plazma sayesinde kullanım alanları gün geçtikçe artmaktadır. Yüksek sıcaklıktaki ve hızdaki plazma akışları kömür ve biyokütle atıklarının yakılması, gazlaştırılması, hava araçlarının atmosfere yeniden giriş koşullarının simüle edilmesi, ısı koruma malzemeleri üretimi, plazma metalürjisi, aşınma-kaplama uygulamaları ve bilimsel araştırmalar gibi pek çok yüksek sıcaklık teknolojisinde kullanılmaktadır. Teknik gereksinimleri karşılayacak plazmanın tanımlanabilmesi ve tanımlanan plazma isterlerinin, üretimden önce simülasyonları yapılarak incelenmesi, zaman, maliyet ve teknik risklerin asgariye indirilmesi açısından çok önemlidir. Bu çalışmada düşük basınçta indüksiyon eşlenikli Argon plazması (Inductive Coupled Plasma-ICP) ile ilgili simülasyonlar gerçekleştirilmiştir. Simülasyonda kullanılan RF frekansı 13.56 MHz, vakum değeri 1 Torr seçilmiştir. Bu vakum değeri atmosferik yeniden giriş deneysel uygulamalarına uygun olarak seçilmiştir. Çalışmada; gaz akışı simülasyonu, ısı transfer simülasyonu ve plazma simülasyonu eşlenikli olarak gerçekleştirilmiştir. Gaz akış miktarı (Q), düşük ve yüksek debi etkilerinin net gözlenebilmesi için iki farklı değer olarak, Q1=3 mg/s ve Q2= 90mg/s seçilmiştir. Simülasyonlarda toplamda 7 farklı kimyasal reaksiyon hesaba katılmıştır. Sistemde oluşan manyetik alan ve bunlara karşılık gelen elektrik alan çizgileri, manyetik alan büyüklüğü dağılımı, sıcaklık dağılımı, konvektif ısı akış dağılımı, gaz akış hız dağılımı, gaz basıncı değişimi değerleri ve elektron yoğunluğu dağılımı, iki farklı gaz debisi için simülasyonlarda hesaplanmış ve bu iki durum için söz bu değerler birbirleriyle karşılaştırılmıştır. Son olarak sistemi dalgalı-AC akım ile enerjilendiren indüksiyon bobinlerinin yeri simetri ekseni-z boyunca yukarıya, gaz çıkışına doğru kaydırılmış, bobinlerin yeri sistem geometrisine göre ortada ve sonda iken simülasyonlar yapılmıştır. Bu hesaplarda her iki durum için bobin elektriksel gücü ve akış kütle debisi sabit tutulmuştur. Ardından bobinlerin lokasyonundaki değişimin elektron yoğunluğu ve plazma gaz sıcaklığına olan etkisi 1-boyutlu ve 2-boyutlu dağılımlarla incelenmiştir. Anahtar kelimeler: Plazma, plasmatron, inductively coupled plasma (ICP plasma), kömür ve biyokütle yakma, gazlaştırma, modelleme, simülasyon
Abstract
The usage areas of the plasmatron has been increasing due to the very high level of temperature which they can reach. They are used widely in the plasma-wind tunnels to create the atmospheric test conditions of high velocity aircrafts and spacecrafts while entering atmosphere. Additionally, most efficient coal and bio-mass burning also, syngas production from burning of the coal and biomass can be achieved with the high temperature plasmatrons. They are also used in the tests of high temperature resistance materials, plasma metallurgy and related scientific researches. The usage of simulation is very important to determination and verification for technical requirements of a plasma and plasmatron system before it's production, the time, cost and technical risks can be minimized before investing money to the production and development by simulating the related plasma system. In this work, a system that is consisted of inductive coupled plasma (ICP) is investigated by making related computer
