Toyohashi tekniska universitet forskare har upptäckt att icke-flammande förbränning (ulmande) av ett poröst prov kan kvarstå, även under nästan 1 procent av atmosfärstrycket. Den termiska strukturen för ett brinnande prov med en diameter på 2 mm vid mycket nära utrotningstillstånd mättes framgångsrikt med hjälp av ett inbäddat ultrafint termoelement, klargöra de viktigaste frågorna som leder till brandsläckning vid låga tryck. Resultatet av denna forskning kommer att bidra till förbättrade strategier för brandutforskning av rymdutforskning.

Icke-flammande förbränning (dvs. smoldering) är en extremt långsamt brinnande process som avger giftig gas och vit rök. Detta motsvarar det förflammande stadiet av att bränna ett poröst prov, under vilken den svarta delen växer, fortsätter den långsamma exoterma processen. Det genererar så småningom en låga som snabbt påskyndar brandskadorna. Flammande förbränning kan undertryckas genom att minska trycket till nästan 1/3 av standardtrycket (~ 30 kPa). Ändå, icke-flammande förbränning kan upprätthållas även vid 1/100 av standardtrycket (~ 1 kPa) om den omgivande gasen är helt syresatt. Förlängning av det kritiska trycket har bevisats experimentellt; dock, den egentliga orsaken är inte känd eftersom det är extremt svårt att undersöka termokemisk status för nära kritiska förhållanden. Eftersom förbränningsintensiteten är mycket svag, sensorinsättning kan påverka statusen, vilket resulterar i misslyckande med att fånga den faktiska fysiken.

En forskargrupp ledd av professor Yuji Nakamura från Institutionen för maskinteknik vid Toyohashi tekniska universitet tog sig an utmaningen att mäta temperaturfördelningen för en ulmande tunn stång i en tryckstyrd kammare vid nära kritiska förhållanden. För att göra detta möjligt, Särskild försiktighet har vidtagits för att justera sensorn samtidigt som det potentiella felet som beskrivs ovan undviks. Ett hål med en diameter på 0,2 mm borrades genom det ömtåliga provet. Därefter inbäddades ett 50-mikron R-typ termoelement i hålet. Genom att uppnå brännskador i steady-state, även nära de kritiska förhållandena under en välkontrollerad experimentell miljö, en repeterbar 1-D temperaturprofil erhölls längs axeln.

Den första författaren, Takuya Yamazaki, en doktorsexamen kandidat, sa, "Ingen kunde ens överväga att borra ett så litet hål i 2 mm-skalan på det ömtåliga exemplaret som vi använde, och sedan manuellt sätta in det lilla termoelementet i det. Självklart, ingen har provat detta förut, eftersom det är klart extremt svårt, och kräver stort tålamod och ansträngning. Faktiskt, Jag måste erkänna, det var verkligen ansträngande att slutföra denna uppgift. Ändå, detta gav oss inblick i den termiska statusen nära det kritiska tillståndet för att noggrant förstå utrotningsmekanismen. Till exempel, förbränningsvärme överförs först längs axeln genom strålning, då förloras en del av den överförda värmen till omgivningen via naturlig konvektion när det totala trycket är i storleksordningen tiotals kilopascal. Eftersom den konvektiva värmeförlusten tenderar att undertryckas när det totala trycket minskar, värmen som överförs genom strålning kan förbli i provet för att undvika utrotning. Detta faktum har demonstrerats av detta arbete för första gången någonsin - vi är den första gruppen som antar den stora utmaningen att mäta den exakta temperaturfördelningen för ett ulmande prov vid nästan utrotning. "

Professor Yuji Nakamura säger, "De nuvarande resultaten öppnas för eldsamhället helt enkelt på grund av Takuyas personliga hängivenhet. Detta resultat tyder på att dammsugningen för att släcka eld i rymden kan misslyckas om inte rätt tillstånd uppnås. Annars kan ulmande skulle överleva, och det skulle orsaka att branden resulterar i sekundär skada på kabinen. Detta arbete är bara det första steget för att föreslå en brandsäkerhetsstrategi (reglering) i yttre rymdmiljöer för att privatisera rymdutveckling. "

Även om ordet "ulmande" är vanligt, ingen vet hur ett prov brinner för att generera värme lokalt. Det har ansetts att ytoxidation är källan till värmeproduktion, och att gasfasreaktion inte krävs. Dock, nyligen numeriska förutsägelser av ett kinesiskt forskargrupp fann att en gasfas mild värmeutveckling kan stödja eller främja ytoxidation.

För att förstå ulmning vid lågt tryck, ett annat internationellt samarbetesteam i USA, ledd av prof. Nakamura, kommer att anta utmaningen att experimentellt identifiera reaktiviteten i gasfasen. Detta är en mycket viktig strävan, eftersom knapp uppmärksamhet har ägnats åt reaktionsstatus för mikroporerna i ett brinnande prov.