Seje flammer antændte i rummet

En opdagelse er blevet gjort i Jordens kredsløb - konstante sfæriske kølige diffusionsflammer. Målinger i disse flammer kan hjælpe med at forbedre fremtidens motorer.

De fleste eksperter forventede, at det ville være let at opnå kølige diffusionsflammer, der brænder gasser i mikrotyngdekraft, men forskere har fundet ud af, at dette ikke er tilfældet. Mellem januar og juni, 2021, de brændte over 150 varme diffusionsflammer ombord på den internationale rumstation (ISS), nogle i så længe som 3 minutter, dog gik ingen over fra varm til kølig brænding efter slukning.

Den 23. juni med en lille ændring i forhold, Minhyeng Kim – en kandidatstuderende ved University of Maryland (UMD) Fire Protection Engineering (FPE) – bemærkede noget usædvanligt i tre af testene:efter at de varme flammer slukkede og forsvandt i kameravisningen, varme blev stadig produceret. Brændstoffet var n-butan fortyndet med nitrogen, og oxidationsmidlet var 40% oxygen i nitrogen. Trykket var 2 atm.

Flammerne var så svage, at selv det mest følsomme kamera, der var til rådighed for testene, i første omgang ikke afslørede noget.

Derefter, Kendyl Waddell - en maskiningeniørstuderende, rådgivet af FPE professor, Peter Sunderland – forbedrede videofeedet for at afsløre forbløffende adfærd. Efter at den varme flamme var slukket og alle reaktioner ophørte, restvarme i den porøse brænder genantændte det strømmende brændstof som en konstant sfærisk kølig diffusionsflamme.

Eksperimenterne blev udført som en del af Cool Flames Investigation with Gases (CFI-G)-projektet - ledet af Peter Sunderland (UMD FPE), Richard Axelbaum (Washington University) og Forman Williams (University of California, San Diego), og støttet af NSF, NASA og CASIS.

"Disse flammer har flere gunstige egenskaber, som aldrig før er blevet kombineret, " sagde Sunderland. "De har vidst, kontrollerede og stabile strømningshastigheder. De er selvbærende uden opvarmede reaktanter eller eksotiske oxidationsmidler. Deres reaktionszoner er tykke (i størrelsesordenen 6 mm), som letter målinger og simuleringer. Brændstoffet er den lette og gasformige n-butan, ligesom indholdet af de fleste cigarettændere."

Kolde flammer brænder ved 600-1000 K, langt køligere end de 1100–2200 K med typiske varme flammer. Kølige diffusionsflammer, opdaget i 2012 ved hjælp af flydende brændstofdråber (også ombord på ISS), blev for nylig skabt i normal tyngdekraft ved hjælp af opvarmet luft og normalt med flydende brændstoffer og eksotiske oxidationsmidler.

Dette fænomen har allerede skabt en enorm interesse i forbrændingsforskermiljøet. Målet er at skabe en omfattende forståelse af kølig flammekemi, der vil muliggøre renere og mere effektive motorer og brændere, samt forbedret brandsikkerhed.