3D fluid simulation of the propagation of a nanosecond discharge in air above a liquid surface: investigation of the pattern formation under various conditions and comparison with experiments
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Notice bibliographique
Résumé
Abstract Plasma-liquid interaction remains one of the fundamental processes influencing the various applications. Understanding the influence of external parameters on discharge properties, particularly the discharge dynamic at the liquid surface, is therefore essential. In previous studies, we investigated the impact of voltage polarity, gap distance, and liquid dielectric permittivity and electrical conductivity on nanosecond discharges initiated in air at atmospheric pressure in a pin-to-liquid configuration. Herein, we present a 3D fluid model, improved with stochastic photoionization, to simulate the discharge dynamics under the previously mentioned conditions. The model outputs are compared with the discharge dynamics measured experimentally. For instance, filamentation and the homogeneous emission over solution’s surface measured in positive and negative discharges, respectively, are well reproduced by the simulation. Furthermore, the simulation allowed us to report other plasma properties not accessible experimentally such as the spatio-temporal distributions of electric field (E-field) and electron density. Notably, we observe that the E-field at the front of the negative surface ionization wave (SIW) is nearly four times lower than that of the positive SIW, which may explain the absence of filaments for negative discharges. Furthermore, we find that increasing solution conductivity or gap distance reduce the radial propagation velocity of the circular SIW front and stopping its expansion before a destabilization can occur. The simulation allowed investigating the influence of photoionization strength, and we find that increasing the number of ionizing photons leads to suppress the filamentation while keeping the ionization front circular and propagating at high speed.
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Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
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