Kan vi have en brand i et meget støvsuget miljø?

Toyohashi University of Technology forskere har opdaget, at ikke-flammende forbrænding (ulmende) af en porøs prøve kan opretholdes, selv under næsten 1 procent af atmosfæretrykket. Den termiske struktur af en brændende prøve på 2 mm i diameter ved meget nær udslettelse blev med succes målt ved hjælp af et indlejret ultrafint termoelement, afklaring af de centrale spørgsmål, der fører til brandudslettelse ved lavt tryk. Resultatet af denne forskning vil bidrage til forbedrede strategier for brandsikkerhed i rummet.

Ikke-flammende forbrænding (dvs. ulmende) er en ekstremt langsomt brændende proces, der udsender giftig gas og hvid røg. Dette svarer til det forflammende stadie for at brænde en porøs prøve, under hvilken den sorte del vokser, fortsætter den langsomme eksotermiske proces. Det genererer til sidst en flamme, der hurtigt fremskynder brandskaden. Flammende forbrænding kan undertrykkes ved at reducere trykket til næsten 1/3 af standardtrykket (~ 30 kPa). Alligevel, ikke-flammende forbrænding kan opretholdes selv ved 1/100 af standardtrykket (~ 1 kPa), hvis den omgivende gas er fuldt oxygeneret. Forlængelse af det kritiske tryk er blevet bevist eksperimentelt; imidlertid, den egentlige årsag kendes ikke, fordi det er ekstremt vanskeligt at undersøge den termokemiske tilstand af næsten kritiske forhold. Fordi forbrændingsintensiteten er meget svag, sensorindsættelse kan påvirke status, hvilket resulterer i manglende evne til at fange den faktiske fysik.

En forskergruppe ledet af professor Yuji Nakamura fra Institut for Maskinteknik ved Toyohashi University of Technology tog udfordringen op med at måle temperaturfordelingen af ​​en ulmende tynd stang i et trykstyret kammer under næsten kritiske forhold. For at gøre dette muligt, der blev udvist særlig omhu for at justere sensoren, samtidig med at man undgik den potentielle fejl beskrevet ovenfor. Et hul med en diameter på 0,2 mm blev boret gennem den skrøbelige prøve. Derefter blev et 50-mikron R-type termoelement integreret i hullet. Ved at opnå steady-state brænding, selv nær de kritiske forhold under et velkontrolleret forsøgsmiljø, en gentagelig 1-D temperaturprofil blev opnået langs aksen.

Den første forfatter, Takuya Yamazaki, en ph.d. kandidat, sagde, "Ingen kunne engang overveje at bore et så lille hul i 2-mm-skalaen på den skrøbelige prøve, som vi brugte, og derefter manuelt indsætte det lille termoelement i det. Selvfølgelig, ingen har prøvet dette før da det klart er ekstremt svært, og kræver stor tålmodighed og indsats. Faktisk, Jeg må indrømme, det var virkelig udmattende at fuldføre denne opgave. Alligevel, dette gav os indsigt i den termiske status nær den kritiske tilstand for grundigt at forstå udryddelsesmekanismen. For eksempel, forbrændingsvarme overføres først langs aksen ved stråling, derefter går en del af den overførte varme tabt til omgivelserne via naturlig konvektion, når det samlede tryk er i størrelsesordenen ti-kilo-pascal. Fordi det konvektive varmetab har en tendens til at blive undertrykt, når det samlede tryk falder, den varme, der overføres af stråling, kunne forblive i prøven for at undgå udryddelse. Denne kendsgerning er blevet demonstreret af dette arbejde for første gang nogensinde - vi er den første gruppe, der tager den store udfordring med at måle den præcise temperaturfordeling af et ulmende eksemplar ved næsten udryddelse. "

Professor Yuji Nakamura siger, "De nuværende resultater åbnes for ildsamfundet simpelthen på grund af Takuyas personlige hengivenhed. Dette resultat tyder på, at den støvsugede operation for at slukke ild i rummet kan mislykkes, medmindre den korrekte tilstand er opnået. Ellers kan ulmende ville overleve, og det ville få branden til at resultere i sekundær skade på kabinen. Dette arbejde er blot det første skridt til at foreslå en brandsikkerhedsstrategi (regulering) i det ydre rums habitater for at privatisere rumudviklingen."

Selvom ordet "ulme" er almindeligt, ingen ved, hvordan en prøve brænder for at generere varme lokalt. Det er blevet anset for, at overfladeoxidation er kilden til varmeproduktion, og at gasfasereaktion ikke er påkrævet. Imidlertid, nylige numeriske forudsigelser fra et kinesisk forskergruppe fandt ud af, at en gasfase, mild varmeudvikling kan understøtte eller fremme overfladeoxidation.

For at forstå ulmning ved lavt tryk, et andet internationalt samarbejdshold i USA, ledet af prof. Nakamura, vil antage udfordringen med eksperimentelt at identificere reaktiviteten i gasfasen. Dette er en meget vigtig indsats, fordi der ikke er blevet lagt særlig vægt på reaktionsstatus for mikroporerne i en brændende prøve.