DBD 플라즈마 액츄에이터 유동 해석을 위한 비평형 플라즈마 해석 프로그램 개발

Abstract

대기압 조건에서 DBD 플라즈마 액츄에이터에 의해 생성된 플라즈마 유동을 해석할 수 있는 프로그램을 개발하였다. DBD 플라즈마 액츄에이터에 의해 발생한 플라즈마의 밀도는 최대 20승 order까지 올라가게 되는데, 이러한 플라즈마 유동의 고밀도 특성 때문에 relaxation time이 -12승 order보다 작게 되어 전산 해석 시 많은 계산량과 시간이 요구된다. 계산량을 줄이기 위해 일반적으로 전자, 양이온, 음이온 등 3화학종을 고려한 drift-diffusion 모델이 많이 사용되는데, drift-diffusion 모델은 각각의 화학종의 동적 특성에 대한 모사가 정확히 이루어지지 않는다는 단점이 있다. 이를 보완하고자 비평형 방전에 의해 플라즈마가 생성될 때 주요한 역할을 하는 8개의 화학종들을 고려한 모델을 선정하여 플라즈마 유동 해석 결과의 정확성을 높였다. 지배방정식은 화학종들의 질량 및 운동량 보존 방정식 형태로 이루어져 있으며, 이를 Poisson 방정식과 연립하여 전산 해석을 수행하였다. 계산된 결과는 Naveir-Stokes 방정식의 운동량과 에너지 생성항으로 들어가게 된다. 개발된 프로그램에 나노초 단위의 펄스로 전압을 걸어서 시뮬레이션을 수행해 본 결과, 유동에서 몇 마이크로초 이내에 상당한 압력변화가 발생하는 것을 볼 수 있었다. 이러한 결과는 실험을 통해 최근 보고된 슐리렌 결과와 일치한다.