Laboratoř elektrofyziky

Studium dynamických jevů v termickém plazmatu rychlou CCD kamerou

Příklad záznamu CCD kamery (zpomalen 500×)

Trojrozměrná rekonstrukce proudu plazmatu a rozdílový snímek (t_i – t_i+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.

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 nám umožňuje prostorovou rekonstrukci dynamických procesů v proudu plazmatu s vysokým časovým rozlišením.

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

Rekonstrukce časového vývoje záření v rovinném řezu proudem plazmatu.

Rozložení významných oscilací v plazmatu. Spektrální analýza prostřednictvím Fourierovy transformace.
Rozdíl mezi vyššími a nižšími frekvencemi

Rozložení frekvence 300Hz při různém průtoku

Časový vývoj oscilací různých frekvencí prostřednictvím waveletové analýzy. (3300× zpomaleno)

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.

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

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

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.

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