Fast gas heating and radial distribution of active species in nanosecond capillary discharge in pure nitrogen and N ₂ :O ₂ mixtures

Abstract

Abstract Fast gas heating is studied experimentally and numerically using pulsed nanosecond capillary discharge in pure nitrogen and N 2 :O 2 mixtures under the conditions of high specific deposited energy (up to 1 eV/molecule) and high reduced electric fields (100–300 Td). Deposited energy, electric field and gas temperature are measured as functions of time. The radial distribution of active species is analyzed experimentally. The roles of processes involving <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal">N</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn>2</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo stretchy="false">(</mml:mo> <mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi> <mml:mo stretchy="false">)</mml:mo> <mml:mspace width="0.25em"/> <mml:mo>=</mml:mo> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal">N</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn>2</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo stretchy="false">(</mml:mo> <mml:msup> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn>3</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msup> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal">Π</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal">g</mml:mi> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo>,</mml:mo> <mml:msup> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal">W</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn>3</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msup> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal">u</mml:mi> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo>,</mml:mo> <mml:mi mathvariant="normal">B</mml:mi> <mml:msup> <mml:mrow> <mml:mo accent="true">′</mml:mo> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn>3</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msup> <mml:msubsup> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal">u</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>−</mml:mo> </mml:mrow> </mml:msubsup> <mml:mo stretchy="false">)</mml:mo> </mml:math> , <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal">N</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn>2</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo stretchy="false">(</mml:mo> <mml:msup> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal">A</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn>3</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msup> <mml:msubsup> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal">Σ</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal">u</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>+</mml:mo> </mml:mrow> </mml:msubsup> <mml:mo stretchy="false">)</mml:mo> </mml:math> and N( 2 D) excited nitrogen species leading to heat release are analyzed using numerical modeling in the framework of 1D axial approximation.