Laboratoř elektrofyziky

Oddělení:   Oddělení D 6 – Elektrotechnika a elektrofyzika
Vedoucí:   Ing. Jiří Šonský, Ph.D.

V laboratoři elektrofyziky je prováděn experimentální výzkum dynamických jevů v elektrických obloucích a ve volném proudu termického plazmatu včetně jejich vlivu na interakce s injektovanými pevnými částicemi. Při většině experimentů je termické plazma generováno elektrickým obloukem v plazmatronu. Ke sledování oblouku a proudu plazmatu na výstupu plazmatronu jsou používány optické metody zahrnující především aplikaci vysokorychlostních CCD kamer a mnohakanálových systémů pracujících s optickými vlákny a fotodiodami. Snímání z více směrů umožňuje prostorovou rekonstrukci dynamických procesů v proudu plazmatu s vysokým časovým rozlišením. Pro zpracování získaných experimentálních dat jsou využívány metody korelační analýzy, rychlé Fourierovy transformace, waveletové analýzy a výpočty korelačních dimenzí.

Studium dynamických jevů v termickém plazmatu rychlou CCD kamerou

record by high-speed CCD camera
Příklad záznamu CCD kamery (zpomalen 500×)

3D reconstruction of plasma jet 3D reconstruction of plasma jet
Trojrozměrná rekonstrukce proudu plazmatu a rozdílový snímek (ti – ti+1) vytvořený pomocí inverzní Radonovy transformace ukazující koherentní struktury

Experimenty a analýzy

V laboratoři elektrofyziky je prováděn experimentální výzkum dynamických jevů v elektrických obloucích a ve volném proudu termického plazmatu včetně jejich vlivu na interakce s injektovanými pevnými částicemi. Při většině experimentů je termické plazma generováno elektrickým obloukem v plazmatronu.

high-speed CCD cameras and multi-channel systems high-speed CCD cameras and multi-channel systems

Ke sledování oblouku a proudu plazmatu na výstupu plazmatronu jsou používány optické metody zahrnující především aplikaci vysokorychlostních CCD kamer a mnohakanálových systémů pracujících s optickými vlákny a fotodiodami.

optical methods optical methods optical methods

Snímání z více směrů nám umožňuje prostorovou rekonstrukci dynamických procesů v proudu plazmatu s vysokým časovým rozlišením.

analysis analysis analysis

Pro zpracování získaných experimentálních dat jsou využívány metody obrazové a korelační analýzy, Fourierovy transformace a waveletové analýzy.

Analýzy dynamických jevů v proudícím plazmatu, jeho stability, interakce s částicemi či povrchy a reprodukovatelnosti parametrů těchto procesů mají četné průmyslové aplikace. Mezi ně patří nanášení různých materiálů, čištění povrchů, likvidace nebezpečných látek nebo obecně plazmová chemie. Experimentální výzkum prováděný v laboratoři elektrofyziky přispívá k lepšímu pochopení jevů v plazmatu s možnou návazností na aplikace v průmyslu.

Spektrální analýza dynamiky plazmatu

Reconstruction of the jet radiation intensity
Rekonstrukce časového vývoje záření v rovinném řezu proudem plazmatu.

Distribution of the significant oscillations in plasma
Distribution of the significant oscillations in plasma Distribution of the significant oscillations in plasma
Distribution of the significant oscillations in plasma
Distribution of the significant oscillations in plasma Distribution of the significant oscillations in plasma
Rozložení významných oscilací v plazmatu. Spektrální analýza prostřednictvím Fourierovy transformace.
Rozdíl mezi vyššími a nižšími frekvencemi

Distribution of 300Hz oscillation for various gas flow rates Distribution of 300Hz oscillation for various gas flow rates Distribution of 300Hz oscillation for various gas flow rates Distribution of 300Hz oscillation for various gas flow rates
Rozložení frekvence 300Hz při různém průtoku

Temporal evolution of oscillations
Časový vývoj oscilací různých frekvencí prostřednictvím waveletové analýzy. (3300× zpomaleno)

Reconstruction of temporal evolution
Rekonstrukce časového vývoje oscilací 580Hz v řezu proudem plazmatu (9400× zpomaleno).

Prostorová rekonstrukce dynamických procesů v proudu plazmatu

Trojrozměrná rekonstrukce proudu plazmatu a rozdílový snímek dvou rekonstrukcí v čase (t0 a t0+t) vytvořený pomocí inverzní Radonovy transformace.

  • zhruba 500krát zpomaleno, časová prodleva mezi snímky je 48 mikrosekund a rekonstrukce je počítáná ze 3 směrů po 120°, průtok je kombinace axiálního a tangenciálního tj. 0, resp. 0,5 g/s.

rekonstrukce proudu plazmatu rekonstrukce proudu plazmatu
průtok 0 [g/s] axiální + 0,5 [g/s] tangenciální

rekonstrukce proudu plazmatu rekonstrukce proudu plazmatu
průtok 0,5[g/s] axiální + 0[g/s] tangenciální

rekonstrukce proudu plazmatu rekonstrukce proudu plazmatu
průtok 0,5[g/s] axiální + 0,5[g/s] tangenciální

  • zhruba 1000krát zpomaleno, časová prodleva mezi snímky je 8 mikrosekund, rekonstrukce je počítána ze 2 směrů po 90° a průtok je 60 l/min.

rekonstrukce proudu plazmaturekonstrukce proudu plazmatu

Analýza komplexity dynamiky plazmatu

Analýza komplexity dynamiky pomocí odhadu korelačních dimenzí.


Vývoj dynamiky proudu protékajícího plazmatem zobrazený v zrekonstruovaném fázovém prostoru.


Hustota bodů trajektorie dynamiky záření v zrekonstruovaném fázovém prostoru.


Rozložení odhadnuté komplexity v proudu plazmatu.

               
Rozložení odhadnuté komplexity v proudu plazmatu a gradient tohoto rozložení.

Možná aplikace

Ukázka sledování kapky roztavené mědi (o průměru cca 1,5 mm) unášené proudem plazmatu rychlostí 2,17 m/s (10 000× zpomaleno).


Kapka mědi po dopadu na pevnou podložku a vychladnutí.


Trajektorie různě velkých kapek mědi.

Zpět na stránky D6