Können wir in einer hochvakuierten Umgebung ein Feuer haben?

Dunkle Energie gefährdet Leben auf der Erde: So können wir ihr entkommen! (Juni 2019).

Anonim

Die Forscher der Toyohashi University of Technology haben herausgefunden, dass eine nicht brennende Verbrennung (Schwelen) einer porösen Probe selbst unter fast 1 Prozent des atmosphärischen Drucks aufrechterhalten werden kann. Die thermische Struktur einer brennenden Probe mit einem Durchmesser von 2 mm bei sehr nahen Extinktionsbedingungen wurde erfolgreich unter Verwendung eines eingebetteten ultrafeinen Thermoelements gemessen, was die Hauptprobleme, die zu einer Feuerlöschung bei niedrigen Drücken führen, verdeutlicht. Das Ergebnis dieser Forschung wird zu verbesserten Brandschutzstrategien für die Weltraumforschung beitragen.

Nicht-flammende Verbrennung (dh Schwelen) ist ein extrem langsamer Verbrennungsprozess, der giftige Gase und weißen Rauch emittiert. Dies entspricht der Vorflammstufe des Brennens einer porösen Probe, während der der geschwärzte Teil wächst und den langsamen exothermen Prozess fortsetzt. Es erzeugt schließlich eine Flamme, die den Feuerschaden schnell beschleunigt. Die Flammenverbrennung kann unterdrückt werden, indem der Druck auf nahezu 1/3 des Standarddrucks (~ 30 kPa) reduziert wird. Nichtsdestoweniger kann eine nichtflammende Verbrennung sogar bei 1/100 des Standarddrucks (~ 1 kPa) aufrechterhalten werden, wenn das Umgebungsgas vollständig mit Sauerstoff angereichert ist. Die Verlängerung des kritischen Drucks wurde experimentell nachgewiesen; Der tatsächliche Grund ist jedoch nicht bekannt, da es äußerst schwierig ist, den thermochemischen Zustand von nahezu kritischen Bedingungen zu untersuchen. Da die Verbrennungsintensität sehr schwach ist, kann die Sensoreinfügung den Status beeinflussen, was dazu führt, dass die tatsächliche Physik nicht erfasst wird.

Eine Forschungsgruppe um Professor Yuji Nakamura vom Department of Mechanical Engineering der Toyohashi University of Technology stellte sich der Herausforderung, die Temperaturverteilung eines schwelenden Dünnstabs in einer druckkontrollierten Kammer unter nahezu kritischen Bedingungen zu messen. Um dies zu ermöglichen, wurde besonders darauf geachtet, den Sensor unter Vermeidung des oben beschriebenen möglichen Fehlers zu justieren. Ein Loch mit einem Durchmesser von 0, 2 mm wurde durch die zerbrechliche Probe gebohrt. Dann wurde ein 50 Mikrometer R-Typ-Thermoelement in das Loch eingebettet. Durch das Erzielen einer gleichmäßigen Verbrennung, sogar in der Nähe der kritischen Bedingungen in einer gut kontrollierten Versuchsumgebung, wurde ein wiederholbares 1-D-Temperaturprofil entlang der Achse erhalten.

Der erste Autor, Takuya Yamazaki, ein Ph.D. Ein Kandidat sagte: "Niemand konnte sich vorstellen, ein so kleines Loch in den 2-mm-Maßstab der fragilen Probe zu bohren, und dann manuell das winzige Thermoelement darin einzusetzen. Natürlich hat das noch niemand zuvor versucht Es ist offensichtlich extrem schwierig und erfordert viel Geduld und Mühe.Tatsächlich muss ich zugeben, dass es wirklich anstrengend war, diese Aufgabe zu erfüllen.Allerdings gab uns dies einen Einblick in den thermischen Zustand nahe der kritischen Bedingung, um den Extinktionsmechanismus gründlich zu verstehen. Zum Beispiel wird Verbrennungswärme zuerst entlang der Achse durch Strahlung übertragen, dann geht ein Teil der übertragenen Wärme durch natürliche Konvektion an die Umgebung verloren, wenn der Gesamtdruck in der Größenordnung von einigen zehn Kilopascal liegt, weil der konvektive Wärmeverlust dazu tendiert unterdrückt, wenn der Gesamtdruck abnimmt, könnte die durch Strahlung übertragene Wärme in der Probe bleiben, um eine Auslöschung zu vermeiden.Diese Tatsache wurde durch diese Arbeit zum ersten Mal demonstriert - wir sind es die erste Gruppe, die sich der großen Herausforderung gestellt hat, die genaue Temperaturverteilung einer schwelenden Probe bei nahezu Extinktion zu messen. "

Professor Yuji Nakamura sagt: "Die gegenwärtigen Ergebnisse sind der Feuergesellschaft einfach aufgrund Takuyas persönlicher Hingabe offen. Dieses Ergebnis legt nahe, dass die Vakuumoperation zum Löschen von Feuer im Weltraum fehlschlagen kann, wenn nicht der richtige Zustand erreicht wird. Andernfalls würde Schwelbrand überleben Dies würde nur einen ersten Schritt bedeuten, eine Brandschutzstrategie (Verordnung) in Weltraumlebensräumen vorzuschlagen, um die Weltraumentwicklung zu privatisieren. "

Obwohl das Wort "Schwelbrand" alltäglich ist, weiß niemand, wie eine Probe verbrennt, um lokal Wärme zu erzeugen. Es wurde angenommen, dass die Oberflächenoxidation die Quelle der Wärmeerzeugung ist und dass eine Gasphasenreaktion nicht erforderlich ist. Jüngste numerische Vorhersagen eines chinesischen Forscherteams haben jedoch herausgefunden, dass eine sanfte Wärmeerzeugung in der Gasphase die Oberflächenoxidation unterstützen oder fördern kann.

Um ein Schwelen bei niedrigem Druck zu verstehen, wird ein anderes internationales Kollaborationsteam in den Vereinigten Staaten unter der Leitung von Prof. Nakamura die Herausforderung annehmen, experimentell die Reaktivität in der Gasphase zu identifizieren. Dies ist ein sehr wichtiges Unterfangen, da dem Reaktionszustand der Mikroporen einer brennenden Probe kaum Beachtung geschenkt wurde.

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