Influence of a plasma jet on the hydrodynamics of a helium jet

In this paper, we present a study of the influence of non-equilibrium microplasma jets (“plasma bullets”) on the hydrodynamics of a helium jet operating in open air. The helium jet is produced by a flow of helium through a hollow, cylindrical microdischarge configuration. A plasma jet, triggered by the microdischarge, can propogate in the laminar zone of the helium jet which extends some distance from the exit plane of the microdischarge. We used Schlieren photography to visualize the point of transition from laminar to turbulent regime of the helium jet and the change in the transition point due to the plasma jet for different operating conditions

Influence d’un Plasma Initié par Micro-décharge sur un Jet d’Hélium dans l'Air

Les micro-jets de plasma ont attiré l'attention de nombreux chercheurs car ils permettraient d’acheminer des espèces réactives à un endroit désiré. Les micro-jets de plasma («plasma jet», «plasma bullets»…) sont des plasmas hors-équilibre à pression atmosphérique et à température ambiante, générés dans un flux de gaz porteur (généralement de l'hélium) par l’application d’une tension rf ou impulsionnelle. A l’œil nu le micro-jet est continu, mais à chaque pulse un plasma est créé engendrant un front d’ionisation se propageant à ≈105ms-1. Parmi les dispositifs utilisés pour créer les micro-jets, nous nous focaliserons sur une configuration avec une électrode interne creuse d’un diamètre de quelques millimètres, entourée d’un tube diélectrique et traversée par un flux d’hélium (≈10ms-1) qui débouche dans l’air ambiant. On applique sur l’électrode interne une tension impulsionnelle de quelques kV avec un temps de montée de 200 ns et une fréquence de répétition de quelques dizaines de kHz. On crée alors un plasma à l’intérieur du diélectrique, qui se propage dans l’air environnant, guidé par le canal d’hélium (car l’hélium est plus facilement ionisable que l’air surtout à faible champ réduit). Un des facteurs limitant la distance de propagation du plasma est la diminution progressive de la concentration en hélium du canal du fait de la diffusion de l’air ambiant dans celui-ci. Nous avons utilisé la strioscopie, qui est une méthode non intrusive, pour visualiser l’écoulement de l’hélium dans l’air. Cette méthode ne donne essentiellement que des informations qualitatives et ne permet pas d’accéder au champ de concentration. Nous avons donc mesuré la longueur de la partie laminaire du canal d'hélium. Nous avons d'abord fait des mesures sans plasma, en faisant varier le débit et la géométrie de la micro-décharge. Puis nous avons allumé le plasma pour regarder son influence sur le canal d’hélium en fonction de la tension et de la fréquence de répétition des pulses. Nos résultats montrent que, dans le cas sans plasma, la géométrie exacte de la micro-décharge a une influence sur l’hydrodynamique. Lorsqu’on allume le plasma la partie laminaire est raccourcie dans les conditions que nous avons étudiées. L'influence du plasma sur la longueur de la partie laminaire est d’autant plus importante que le débit est faible et que la tension appliquée pour générer le plasma est grande. Dans les études sur le contrôle des écoulements par plasma (utilisant une décharge à barrière diélectrique pour générer une décharge sur une surface dans l'air), on sait que le vent ionique généré par la décharge donne au gaz une vitesse parallèle à la surface qui peut favoriser la transition vers la turbulence. Le vent ionique généré par le plasma dans la micro-décharge et dans le jet de plasma lui-même pourrait avoir des conséquences similaires sur la transition du jet de l'hélium. Des études sont en cours pour quantifier cet effet dans nos conditions

Evidence of the influence of plasma jets on a helium flow into open air

Microplasma jets propagating in a helium flow surrounded by open air at ambient temperature have attracted the attention of many researchers for their putative ability to deliver high fluxes of reactive oxygen and nitrogen species to a target situated some centimeters away. This is of particular interest in biomedical applications. In this paper, we use Schlieren images to show that ignition of the plasma jet causes a reduction in the length of the laminar zone of the helium flow

Dynamics of a guided streamer (‘plasma bullet’) in a helium jet in air at atmospheric pressure

International audienceIt has been demonstrated experimentally that a non-equilibrium plasma column can be generated by discharge pulses in a helium jet surrounded by atmospheric-pressure air. The 'plasma jet' can be longer than 10 cm and fast imaging shows that most of the light emitted by the plasma jet is produced in a small 'plasma bullet' that propagates along the helium jet at speeds of several tens of km s−1. With the help of a simple fluid model of the discharge, we show that the plasma jet is very similar to a cathode streamer (ionization wave) guided by the helium jet. We discuss the properties of the helium streamer and of the plasma channel behind the streamer head as a function of parameters such as electrode geometry, voltage pulse waveform and preionization density. The model can reproduce qualitatively and explain most of the features observed experimentally

A single incident of "revenge porn"? The prevalence of image based sexual abuse in a course of conduct amounting to stalking and consideration of the harms caused

The file attached to this record is the author's final peer reviewed version. The Publisher's final version can be found by following the DOI link.The distribution of private sexual images without the individual’s consent is a pernicious form of sexual abuse. Image based sexual abuse (IBSA), sometimes known as Revenge Porn (RP), refers to images of a sexual nature generally distributed across social networks and the internet with the intent to cause distress. It is a criminal offence under the Criminal Justice and Courts Act 2015 [CJCA] . This article presents findings which indicate the prevalence of IBSA in a conduct amounting to stalking, alongside data which demonstrates the severity of its impact on victims

Influence d’un Plasma Initié par Micro-décharge sur un Jet d’Hélium dans l'Air

National audienceLes micro-jets de plasma ont attiré l'attention de nombreux chercheurs car ils permettraient d’acheminer des espèces réactives à un endroit désiré. Les micro-jets de plasma («plasma jet», «plasma bullets»…) sont des plasmas hors-équilibre à pression atmosphérique et à température ambiante, générés dans un flux de gaz porteur (généralement de l'hélium) par l’application d’une tension rf ou impulsionnelle. A l’œil nu le micro-jet est continu, mais à chaque pulse un plasma est créé engendrant un front d’ionisation se propageant à ≈105ms-1. Parmi les dispositifs utilisés pour créer les micro-jets, nous nous focaliserons sur une configuration avec une électrode interne creuse d’un diamètre de quelques millimètres, entourée d’un tube diélectrique et traversée par un flux d’hélium (≈10ms-1) qui débouche dans l’air ambiant. On applique sur l’électrode interne une tension impulsionnelle de quelques kV avec un temps de montée de 200 ns et une fréquence de répétition de quelques dizaines de kHz. On crée alors un plasma à l’intérieur du diélectrique, qui se propage dans l’air environnant, guidé par le canal d’hélium (car l’hélium est plus facilement ionisable que l’air surtout à faible champ réduit). Un des facteurs limitant la distance de propagation du plasma est la diminution progressive de la concentration en hélium du canal du fait de la diffusion de l’air ambiant dans celui-ci.Nous avons utilisé la strioscopie, qui est une méthode non intrusive, pour visualiser l’écoulement de l’hélium dans l’air. Cette méthode ne donne essentiellement que des informations qualitatives et ne permet pas d’accéder au champ de concentration. Nous avons donc mesuré la longueur de la partie laminaire du canal d'hélium. Nous avons d'abord fait des mesures sans plasma, en faisant varier le débit et la géométrie de la micro-décharge. Puis nous avons allumé le plasma pour regarder son influence sur le canal d’hélium en fonction de la tension et de la fréquence de répétition des pulses.Nos résultats montrent que, dans le cas sans plasma, la géométrie exacte de la micro-décharge a une influence sur l’hydrodynamique. Lorsqu’on allume le plasma la partie laminaire est raccourcie dans les conditions que nous avons étudiées. L'influence du plasma sur la longueur de la partie laminaire est d’autant plus importante que le débit est faible et que la tension appliquée pour générer le plasma est grande.Dans les études sur le contrôle des écoulements par plasma (utilisant une décharge à barrière diélectrique pour générer une décharge sur une surface dans l'air), on sait que le vent ionique généré par la décharge donne au gaz une vitesse parallèle à la surface qui peut favoriser la transition vers la turbulence. Le vent ionique généré par le plasma dans la micro-décharge et dans le jet de plasma lui-même pourrait avoir des conséquences similaires sur la transition du jet de l'hélium. Des études sont en cours pour quantifier cet effet dans nos conditions

Model description of surface dielectric barrier discharges for flow control

International audienceThis paper presents a study of the development of a surface dielectric barrier discharge in air under conditions similar to those of plasma actuators for flow control. The study is based on results from a 2D fluid model of the discharge in air that provides the space and time evolution of the charged particle densities, electric field and surface charges. The electrohydrodynamic (EHD) force associated with the momentum transfer from charged particles to neutral molecules in the volume above the dielectric layer is also deduced from the model. Results show that the EHD force is important not only during the positive part of the sinusoidal voltage cycle (i.e. when the electrode on top of the dielectric layer plays the role of the anode) but also during the negative part of the cycle (cathode on top of the dielectric layer). During the positive part of the cycle, the EHD force is due to the formation of a positive ion cloud that is periodically interrupted by high current breakdown. The EHD force during the negative part of the cycle is due to the development of a negative ion cloud that continuously grows during the successive high frequency current pulses that form in this regime

Electrohydrodynamic Force in Dielectric Barrier Discharge Plasma Actuators

International audienceSurface dielectric barrier discharges (DBDs) have been proposed as actuators for flow control. In this paper we discuss the basic mechanisms responsible for the electrohydrodynamic (EHD) force exerted by the discharge on the gas molecules. A two-dimensional fluid model of the DBD is used to describe the plasma dynamics, to understand the basic physics associated with the EHD force and to give some quantitative estimation of the force under simplified conditions. The results show that for ramp or sinusoidal voltage waveforms, the discharge consists of large amplitude short current pulses during which a filamentary plasma spreads along the surface, separated in time by long duration, low current discharge phases of a Townsend or corona type. The contribution of the low current phases to the total force exerted by the discharge on the gas is dominant because their duration is much longer than that of the current pulses and because the force takes place in a much larger volume. A description of the different discharge regimes and a parametric study of the EHD force as a function of voltage rise time and dielectric thickness is presented

Electrohydrodynamic force and scaling laws in surface dielectric barrier discharges

International audienceThe electrohydrodynamic force generated by surface dielectric barrier discharges is analyzed with a fluid mode under conditions where the electrode above the dielectric surface is the anode.. The calculated current is composed of successive large pulses associated with filamentary discharges spreading along the dielectric surface, separated by low current periods where the discharge is in a transient ``coronalike'' regime. The contribution of the corona discharges to the overall force is by far dominant. An important result is that the extension of the region above the surface where the electrohydrodynamic force is significant depends on the product of the dielectric layer capacitance and the rate of voltage increase (spatial extension is larger when this parameter is smaller), but that the total, integrated force is not very sensitive to these parameters