Berlin 2014 – scientific programme

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P: Fachverband Plasmaphysik

P 14: Poster Session - Theory and Modelling

P 14.5: Poster

Tuesday, March 18, 2014, 16:30–18:30, SPA Foyer

Numerische Simulation von kalten und heißen Gasströmungen in einem Mikrowellen-Plasmabrenner — •Sandra Gaiser, Martina Leins, Andreas Schulz, Matthias Walker und Thomas Hirth — Institut für Grenzflächenverfahrenstechnik und Plasmatechnologie, Universität Stuttgart, Pfaffenwaldring 31, 70569 Stuttgart

Eine entscheidende Rolle bei der Optimierung eines Mikrowellen-Plasmabrenners spielt das Gasmanagement. Heiße Gasströmungen müssen kontrolliert und empfindliche Bereiche im Brenner davor geschützt werden. Da eine rein empirische Untersuchung solcher Strömungsprozesse für deren Verständnis unzureichend ist, werden numerische Simulationen mit COMSOL Multiphysics^® durchgeführt.

In einem ersten Schritt wurde das Verhalten kalter Gasströmungen in einem Glasrohr betrachtet, in dem später das Plasma betrieben wird. Mit Hilfe einer tangentialen Anordnung der Gaseinlässe kann eine Rotationsströmung entlang der Rohrwand erzielt werden, die einen Einschluss des heißen Plasmas ermöglicht. Es zeigt sich, dass eine größere Anzahl von Gaseinlässen eine gleichmäßigere Hüllströmung und somit eine bessere Stabilisierung des Plasmas gewährleistet. Andererseits sind hohe Einlassgeschwindigkeiten eine Voraussetzung für die Erhaltung der Rotationsströmung über den gesamten Plasmabereich.

Da es im Plasmabrenner zu einem Aufheizen des Gases kommt, wurde dieser Einfluss untersucht. Dazu wurde zunächst eine konstante Heizquelle in das Strömungsmodell eingebracht. Die sich daraus ergebenden Temperaturprofile zeigen bereits eine gute Übereinstimmung mit gemessenen Werten.