PlasMa

PlasMa: teoria e simulação avançada de plasmas relevantes para aplicações energéticas

Designação do projeto | PlasMa: teoria e simulação avançada de plasmas relevantes para aplicações energéticas
Código do projeto | M1420-01-0145-FEDER-000016
Objetivo principal | Reforço da investigação, do desenvolvimento tecnológico e inovação
Região de intervenção | Região Autónoma da Madeira

Data de aprovação | 06-06-2019
Data de início | 01-01-2019
Data de conclusão | 31-12-2022
Custo total elegível |1 410 953,90 €
Apoio financeiro da União Europeia (FEDER 85%) | 1 199 310,82 €
Comparticipação da Universidade da Madeira (15%) | 211 643,08€

O Projeto PlasMa irá contribuir para o desenvolvimento e reconhecimento da investigação em ciência e tecnologia de plasmas com aplicações energéticas a nível internacional e por conseguinte irá tornar a Região reconhecida pela investigação realizada nessa área, através da publicação de artigos científicos nas mais importantes revistas internacionais da área e pela colaboração, já em curso, em projetos de IDT+I com parceiros de excelência internacionais.
O projeto é dedicado à investigação de duas formas de descargas de gás em gases a alta pressão, que constituem sub-projetos de I&D:

Sub-projeto Arco: interação plasma-elétrodos em descargas de arco de alta pressão, incluindo a erosão dos elétrodos.

Objectivo

Desenvolver uma ferramenta rápida, robusta e precisa para a modelização de descargas de arco de alta pressão considerando a interação plasma-elétrodo de forma autoconsistente.

Ações específicas a realizar

Refinamento das condições fronteira que descrevem a troca de energia entre a região catódica e o volume do arco, sem introduzir uma estrutura mais complexa da região do arco próxima ao cátodo;
Garantir um acoplamento completo (térmico e elétrico) do cátodo com o plasma através da tomada em conta da variação, ao longo da superfície do cátodo, da queda de tensão na camada de plasma junto ao cátodo, devido à resistência elétrica do volume do arco;
Acoplamento dos modelos de descargas de arco e de descargas de superfície e streamers com o código [11], que simula os processos dentro do cátodo, incluindo a vaporização do material do cátodo e a eventual formação de crateras e a ejeção de gotas;
Desenvolvimento de um código integrado, que funcionará para qualquer conjunto de parâmetros de interesse, e que permitirá uma transição entre os modelos de descargas de arco e descargas tipo streamer conforme apropriado. Este código estará pronto a ser usado para aplicações industriais.

Resultados esperados

Código integrado, que funcionará para qualquer conjunto de parâmetros de interesse, e que permitirá uma transição entre os modelos de descargas de arco e descargas tipo streamer conforme apropriado. Este código estará pronto a ser usado para aplicações industriais;
Publicação de 10 artigos científicos nas melhores revistas internacionais das áreas relevantes.

Sub-projeto Streamers: disrupção e streamers de superfície em gases a alta pressão.

Objectivo

Desenvolver um código capaz de prever as condições de disrupção de gases numa larga gama de condições, incluindo os efeitos da presença de dielétricos e de campos variáveis no tempo. Este código estará pronto a ser usado para aplicações energéticas.

Ações específicas a realizar

Desenvolvimento de um código capaz de prever as condições de disrupção de gases numa larga gama de condições, incluindo os efeitos da presença de dielétricos e de campos variáveis no tempo;
Validação do código com outros resultados numéricos e também resultados experimentais.

Resultados esperados

Código capaz de prever as condições de disrupção de gases numa larga gama de condições, incluindo os efeitos da presença de dielétricos e de campos variáveis no tempo. Este código estará pronto a ser usado para aplicações energéticas;
Publicação de 5 artigos científicos nas melhores revistas internacionais das áreas relevantes.

Os sub-projectos serão desenvolvidos em colaboração com parceiros internacionais líderes nas suas respetivas áreas.

Galeria de fotos

Atividades no decorrer de 2019

Visitas de consultores

A visita do Prof. Georgy Naidis, perito a nível mundial em modelos cinéticos detalhados, teve como objetivo a realização de discussões científicas para trabalho conjunto na modelização de descargas de coroa e streamer, bem como o desenvolvimento de trabalhos com emissão de campo, para simulação numérica com aplicação em interruptores de alta pressão e interruptores de baixa tensão.

Participação em conferências

8th International Workshop on Mechanisms of Vacuum Arcs (MeVArc 2019), Consorzio RFX, Padova, 16 a 19 de Setembro de 2019), https://indico.cern.ch/event/774138/

Palestras convidadas apresentadas em conferências internacionais

Mikhail Benilov, Nuno Ferreira, Georgy Naidis, Does field emission from ‘real’ surfaces affect the high-pressure air breakdown in electric power equipment?, 8th International Workshop on Mechanisms of Vacuum Arcs (MeVArc 2019), Consorzio RFX, Padova, 16 a 19 de Setembro de 2019)
Helena Kaufmann, Carlos Silva, Mikhail Benilov, Numerical Simulation of the Initial Phase of Unipolar Arcing in Fusion-Relevant Conditions., 8th International Workshop on Mechanisms of Vacuum Arcs (MeVArc 2019), Consorzio RFX, Padova, 16 a 19 de Setembro de 2019)

Publicações do projeto em 2019

H T C Kaufmann, C Silva and M S Benilov, "Numerical simulation of the initial stage of unipolar arcing in fusion-relevant conditions", Plasma Phys. Control. Fusion, vol. 61, no. 9, pp. 095001, 2019.
D F N Santos, M Lisnyak and M S Benilov, "Account of diffusion in local thermodynamic equilibrium and two-temperature plasma models", J. Phys. D: Appl. Phys., vol. 52, no. 45, pp. 454003, 2019.
M D Cunha, H T C Kaufmann, D F N Santos and M S Benilov, "Simulating changes in shape of thermionic cathodes during operation of high-pressure arc discharges", J. Phys. D: Appl. Phys., vol. 52, no. 50, pp. 504004, 2019.
M S Benilov, H T C Kaufmann, W Hartmann and L G Benilova, "Revisiting theoretical description of the retrograde motion of cathode spots of vacuum arcs", IEEE Trans. Plasma Sci., vol. 47, no. 8, pp. 3434-3441, 2019.
N G C Ferreira, D F N Santos, P G C Almeida, G V Naidis and M S Benilov, "Simulation of pre-breakdown discharges in high-pressure air. I: The model and its application to corona inception", J. Phys. D: Appl. Phys., vol. 52, no. 35, pp. 355206, 2019.
M D Cunha, N Wenzel, P G C Almeida, W Hartmann and M S Benilov, "A simple model of distribution of current over cathodes of vacuum circuit breakers", IEEE Trans. Plasma Sci., vol. 47, no. 8, pp. 3462-3469, 2019.
E S Benilov and M S Benilov, "The Enskog-Vlasov equation: a kinetic model describing gas, liquid, and solid", J. Stat. Mech: Theory Exp., vol. 2019, no. 10, pp. 103205, 2019.
M S Benilov and N A Almeida, "Kinetic Bohm criterion in the Tonks-Langmuir model: Assumption or theorem?", Phys. Plasmas, vol. 26, no. 12, pp. 123505, 2019.

Publicações do projeto em 2020

M S Benilov, "Modeling the physics of interaction of high-pressure arcs with their electrodes: advances and challenges", J. Phys. D: Appl. Phys., vol. 53, no. 1, pp. 013002, 2020.