Optik Emisyon Spektrometre Kullanılarak Yüksek Güçlü Bir Plazmatron Plazma Akışı Sıcaklık Ölçümü

Özge YAZICIOĞLU; T. Yaşar KATIRCIOĞLU; Beycan İBRAHİMOĞLU

Article Details

Optik Emisyon Spektrometre Kullanılarak Yüksek Güçlü Bir Plazmatron Plazma Akışı Sıcaklık Ölçümü

Authors:

Özge YAZICIOĞLU | T. Yaşar KATIRCIOĞLU | Beycan İBRAHİMOĞLU

Publisher:

Sürdürülebilir Havacılık Araştırma Derneği

Journal:

Journal of Sustainable Aviation Researches 2017 Vol.2 Issue 1, pp.12-18

Document Type:

Article

Publication Date:

2/2017

Document Language:

Turkish

Document ID (Org No.):

2000833879

Frequency:

Bi-Annual

eISSN:

2548-0464

Keywords:

Abstract:

 

The plasmatron produces a high temperature plasma flow by converting electric power to thermal power. High temperature and high velocity plasma flow is used in many high temperature technologies such as combustion and gasification of coal, biomass and all kinds of waste, simulating the re-entry conditions of air vehicles into the atmosphere, production of heat protection materials, plasma metallurgy and scientific research. In this study, the main elements of the high-power plasmatron which produces atmospheric pressure high temperature plasma flow are electrodes, a mixing chamber, magnetic bobbins, constrictor channels, and a nozzle. Air used as the working gas is heated in the facility which is powered from three-phase alternating current (AC) and forms the high temperature plasma flow. To use the plasma effectively in the fields mentioned above, it is necessary to know the properties of the plasma mainly in temperature. Optical emission spectrometry is a fundamental tool that can be used to determine the specifications of plasma such as particle compositions, density and temperature at wide temperature and pressure ranges without interfering the plasma. With the optical emission spectrometry, the light coming from the plasma flow is taken and transferred to digital media as wavelength versus intensity graph and analyzing the graph, plasma parameters such as electron temperature, electron density can be reached. Because optical emission spectroscopy method does not interfere the plasma, measurements can be made without disrupting the plasma. Different methods have been developed for different plasma types to measure temperature with using optical emission spectrometry. In atmospheric thermal plasmas, due to increased collisions with high pressure, electrons transfer their temperatures to other heavy particles, the electron temperature approaches gas temperature, and local thermodynamic equilibrium conditions are generally valid in such plasmas. In this work, using local thermodynamic equilibrium model with optical emission spectrometry, electron temperature of plasma flow in high power plasmatron is obtained as 11984 K. Compared with similar studies in the literature, it is seen that the temperature levels are at the expected levels.

 

Plazmatron elektrik gücünü ısıl güce çevirerek yüksek sıcaklıkta plazma akışı üretmektedir. Yüksek sıcaklıktaki ve hızdaki plazma akışı kömür, biyokütle ve her türlü atığın yakılması ve gazlaştırılması, hava araçlarının atmosfere yeniden giriş koşullarının simüle edilmesi, ısı koruma malzemeleri üretimi, plazma metalurjisi ve bilimsel araştırmalar gibi pek çok yüksek sıcaklık teknolojisinde kullanılmaktadır. Bu çalışmada kullanılan atmosferik basınç ve yüksek sıcaklıkta plazma akışı üreten yüksek güçlü bir plazmatronun ana elemanları elektrotlar, karışma odası, manyetik bobinler, konfuzor kanalları ve bir nozuldur. Çalışma gazı olarak kullanılan hava üç fazlı alternatif akım (AC) tarafından beslenen sistem içerisinde ısıtılmakta ve yüksek sıcaklıkta plazma akışı oluşturmaktadır. Yukarıda belirtilen alanlarda plazmanın etkin olarak kullanılabilmesi için plazmanın sıcaklık başta olmak üzere özelliklerinin iyi bilinmesi gerekmektedir. Optik emisyon spektrometre plazmanın parçacık kompozisyonu, yoğunluk ve sıcaklık gibi özelliklerini plazmaya müdahale etmeden belirlemek için geniş sıcaklık ve basınç aralığında kullanılabilen temel bir araçtır. Optik emisyon spektrometre ile plazma akışından gelen ışık alınarak, dijital ortama dalga boyu - ışık şiddeti grafiği olarak aktarılmakta ve grafik analiz edilerek elektron sıcaklığı, elektron yoğunluğu gibi plazma parametrelerine ulaşılabilmektedir. Bu yöntemle plazmaya müdahale edilmediği için plazma bozulmadan ölçüm yapılabilmektedir. Optik emisyon spektrometre ile sıcaklık ölçümlerinde farklı özelliklere sahip plazmalar için farklı metotlar geliştirilmiştir. Atmosferik ısıl plazmalarda yüksek basınçla birlikte artan çarpışmalardan dolayı elektronlar sıcaklıklarını diğer ağır parçacıklara aktararak elektron sıcaklığı gaz sıcaklığına yaklaşmakta ve bu tür plazmalarda genellikle lokal termodinamik denge şartları geçerli olmaktadır. Bu çalışmada optik emisyon spektrometreyle lokal termodinamik denge modeli kullanılarak yüksek güçlü bir plazmatron plazma akışı elektron sıcaklığı 11984 K olarak bulunmuştur. Literatürdeki benzer çalışmalarla karşılaştırıldığında sıcaklık seviyelerinin beklenen seviyelerde olduğu görülmüştür.

Article Details

Optik Emisyon Spektrometre Kullanılarak Yüksek Güçlü Bir Plazmatron Plazma Akışı Sıcaklık Ölçümü

Authors:

Özge YAZICIOĞLU | T. Yaşar KATIRCIOĞLU | Beycan İBRAHİMOĞLU

Publisher:

Sürdürülebilir Havacılık Araştırma Derneği

Journal:

Journal of Sustainable Aviation Researches 2017 Vol.2 Issue 1, pp.12-18

Document Type:

Article

Publication Date:

2/2017

Document Language:

Turkish

Document ID (Org No.):

2000833879

Frequency:

Bi-Annual

eISSN:

2548-0464

Plazmatron

AC

yüksek güç

kömür

biyokütle

atık yakma ve gazlaştırma

plazma akışı

optik emisyon spektrometre

Issues

Article Details

Authors: Özge YAZICIOĞLU | T. Yaşar KATIRCIOĞLU | Beycan İBRAHİMOĞLU

Publisher: Sürdürülebilir Havacılık Araştırma Derneği

Journal: Journal of Sustainable Aviation Researches 2017 Vol.2 Issue 1, pp.12-18

Document Type: Article

Publication Date: 2/2017

Document Language: Turkish

Document ID (Org No.): 2000833879

Frequency: Bi-Annual

eISSN: 2548-0464

Issues

Authors:

Özge YAZICIOĞLU | T. Yaşar KATIRCIOĞLU | Beycan İBRAHİMOĞLU

Publisher:

Sürdürülebilir Havacılık Araştırma Derneği

Journal:

Journal of Sustainable Aviation Researches 2017 Vol.2 Issue 1, pp.12-18

Document Type:

Article

Publication Date:

2/2017

Document Language:

Turkish

Document ID (Org No.):

2000833879

Frequency:

Bi-Annual

eISSN:

2548-0464