En upptäckt har gjorts i jordens omloppsbana – stadiga sfäriska svala diffusionsflammor. Mätningar i dessa lågor kan bidra till att förbättra framtidens motorer.

De flesta experter förväntade sig att det skulle vara lätt att få kalla diffusionsflammor som bränner gaser i mikrogravitation, men forskare har funnit att så inte är fallet. Mellan januari och juni, 2021, de brände över 150 heta diffusionslågor ombord på den internationella rymdstationen (ISS), vissa så länge som 3 minuter, men ingen övergick från varm till kall brinnande efter släckning.

Den 23 juni, med en liten förändring i förhållandena, Minhyeng Kim – en doktorand vid University of Maryland (UMD) Fire Protection Engineering (FPE) – märkte något ovanligt i tre av testerna:efter att de heta lågorna släckts och försvunnit i kameravyn, värme producerades fortfarande. Bränslet var n-butan utspätt med kväve och oxidationsmedlet var 40 % syre i kväve. Trycket var 2 atm.

Lågorna var så svaga att inte ens den känsligaste kameran som fanns tillgänglig för testerna till en början inte avslöjade något.

Sedan, Kendyl Waddell – en maskinteknikstudent, rådgiven av FPE professor, Peter Sunderland – förbättrade videoflödet för att avslöja häpnadsväckande beteende. Efter att den heta lågan släckts och alla reaktioner upphört, restvärme i den porösa brännaren återantände det strömmande bränslet som en stadig sfärisk sval diffusionslåga.

Experimenten utfördes som en del av projektet Cool Flames Investigation with Gases (CFI-G) – ledd av Peter Sunderland (UMD FPE), Richard Axelbaum (Washington University) och Forman Williams (University of California, San Diego), och med stöd av NSF, NASA och CASIS.

"Dessa lågor har flera gynnsamma egenskaper som aldrig tidigare har kombinerats, sade Sunderland. "De har vetat, kontrollerade och jämna flödeshastigheter. De är självförsörjande utan upphettade reaktanter eller exotiska oxidationsmedel. Deras reaktionszoner är tjocka (i storleksordningen 6 mm), vilket underlättar mätningar och simuleringar. Bränslet är den lätta och gasformiga n-butanen, som innehållet i de flesta cigarettändare."

Svala lågor brinner vid 600–1000 K, mycket svalare än 1100–2200 K för typiska heta lågor. Coola diffusionslågor, upptäcktes 2012 med flytande bränsledroppar (även ombord på ISS), skapades nyligen i normal gravitation med hjälp av uppvärmd luft och vanligtvis med flytande bränslen och exotiska oxidationsmedel.

Detta fenomen har redan skapat ett enormt intresse i förbränningsforskarna. Målet är att skapa en heltäckande förståelse för sval flammekemi som kommer att möjliggöra renare och effektivare motorer och brännare, samt förbättrad brandsäkerhet.