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Effect of swirl and confinement on the flow and temperature fields in an inductively coupled r.f. plasma

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Abstract

A mathematical model was used for the calculation of the flow and temperature fields in the fire-ball of an inductively coupled plasma (ICP) under confined and free discharge conditions taking into account gravity and swirl in the sheath gas. Computations were made for an argon plasma at atmospheric pressure operating at a power level of 3kW and a frequnecy of 3 MHz. Natural convection has a negligible effect on the flow and temperature fields under confined discharge conditions, but a significant effect, for the free plasma discharge. The back flow in the discharge was substantially reduced in the presence of swirl for swirl velocities over the range 0-70 m/s. With a moderate increase in swirl, the conduction heat flux to the wall decreased but increased with the further increase in swirl.

Abstract

On a employé un modèle mathématique pour calculer les profits de vitesse et de température, dans la zone incandescente d'un plasma à couplage inductif, et ce, dans les conditions de décharge à l'air libre ou à l'etat confiné, en tenant compte de la gravité et du mouvement tourbillonnaire dans l'enveloppe gazeusc. Ces calculs ont été faits dans le cas d'un plasma d'argon sous pression atmosphérique, à une puissance de 3kW et une fréquence de 3MHz. La convection naturelle exerce une influence négligeable sur les profils de vitesse et de température dans des conditions de décharge confinée, mais elle a un effet important lorsqil agit d'une décharge à l'air libre. En présence de tourbillons,1a vitesse de recirculation dans la décharge a été bien moindre pour des vitesses tangentielle, vθ, entre 0 et 70 m/s. Aux faibles vitesses tangentielles le flux de chaleur par conduction à la paroi diminuait avec, vθ, et au contraire aux plus fortes, niveau de vθ.

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