Onderzoekers van de Toyohashi University of Technology hebben ontdekt dat niet-vlammende verbranding (smeulvorming) van een poreus monster kan worden volgehouden, zelfs onder bijna 1 procent van de atmosferische druk. De thermische structuur van een brandend monster met een diameter van 2 mm in een toestand van bijna uitsterven werd met succes gemeten met behulp van een ingebed ultrafijn thermokoppel, verduidelijking van de belangrijkste problemen die leiden tot het blussen van brand bij lage druk. De resultaten van dit onderzoek zullen bijdragen aan verbeterde brandveiligheidsstrategieën voor ruimteverkenning.

Niet-vlammende verbranding (d.w.z. smeulen) is een extreem langzaam brandend proces waarbij giftig gas en witte rook vrijkomen. Dit komt overeen met de pre-vlammende fase van het verbranden van een poreus exemplaar, waarbij het zwartgeblakerde deel groeit, het langzame exotherme proces voortzetten. Het genereert uiteindelijk een vlam die de brandschade snel versnelt. Vlammende verbranding kan worden onderdrukt door de druk te verlagen tot bijna 1/3 van de standaarddruk (~30 kPa). Hoe dan ook, niet-vlammende verbranding kan zelfs bij 1/100 van de standaarddruk (~1 kPa) worden volgehouden als het omgevingsgas volledig van zuurstof is voorzien. Verlenging van de kritische druk is experimenteel bewezen; echter, de werkelijke reden is niet bekend omdat het buitengewoon moeilijk is om de thermochemische status van bijna kritieke omstandigheden te onderzoeken. Omdat de verbrandingsintensiteit erg zwak is, het inbrengen van de sensor kan de status beïnvloeden, wat resulteert in het niet vastleggen van de werkelijke fysica.

Een onderzoeksgroep onder leiding van professor Yuji Nakamura van de afdeling Werktuigbouwkunde van de Toyohashi University of Technology ging de uitdaging aan om de temperatuurverdeling van een smeulende dunne staaf in een drukgestuurde kamer onder bijna kritieke omstandigheden te meten. Om dit mogelijk te maken, er is speciale aandacht besteed aan het afstellen van de sensor en het vermijden van de hierboven beschreven mogelijke storing. Een gat met een diameter van 0,2 mm werd door het fragiele exemplaar geboord. Vervolgens werd een 50 micron R-type thermokoppel in het gat ingebed. Door het bereiken van steady-state verbranding, zelfs in de buurt van de kritische omstandigheden in een goed gecontroleerde experimentele omgeving, langs de as werd een herhaalbaar 1-D temperatuurprofiel verkregen.

De eerste auteur, Takuya Yamazaki, een doctoraat kandidaat, zei, "Niemand zou zelfs kunnen overwegen om zo'n klein gaatje te boren in de schaal van 2 mm van het fragiele exemplaar dat we gebruikten, en dan handmatig het kleine thermokoppel erin plaatsen. Natuurlijk, niemand heeft dit eerder geprobeerd, aangezien het duidelijk buitengewoon moeilijk is, en vereist veel geduld en inspanning. In feite, Ik moet toegeven, het was echt vermoeiend om deze taak te voltooien. Hoe dan ook, dit gaf ons inzicht in de thermische status in de buurt van de kritieke toestand om het uitdovingsmechanisme grondig te begrijpen. Bijvoorbeeld, verbrandingswarmte wordt eerst langs de as overgedragen door straling, dan gaat een deel van de overgedragen warmte via natuurlijke convectie verloren aan de omgeving wanneer de totale druk in de orde van tientallen kilo-pascal is. Omdat het convectieve warmteverlies de neiging heeft om te worden onderdrukt wanneer de totale druk afneemt, de door straling overgedragen warmte zou in het monster kunnen blijven om uitsterven te voorkomen. Dit feit is voor het eerst door dit werk aangetoond - we zijn de eerste groep die de grote uitdaging aangaat om de precieze temperatuurverdeling te meten van een smeulend exemplaar dat bijna uitgestorven is."

Professor Yuji Nakamura zegt:"De huidige resultaten worden opengesteld voor de brandweer, simpelweg vanwege Takuya's persoonlijke toewijding. Dit resultaat suggereert dat de gestofzuigde operatie om vuur in de ruimte te blussen kan mislukken tenzij de juiste toestand is bereikt. Anders, smeulend zou overleven, en het vuur zou leiden tot secundaire schade aan de cabine. Dit werk is slechts de eerste stap om een ​​brandveiligheidsstrategie (regulering) voor te stellen in habitats in de ruimte om de ontwikkeling van de ruimte te privatiseren."

Hoewel het woord "smeulen" gemeengoed is, niemand weet hoe een exemplaar brandt om plaatselijk warmte op te wekken. Men is van mening dat oppervlakte-oxidatie de bron is van warmteontwikkeling, en dat gasfasereactie niet vereist is. Echter, recente numerieke voorspellingen door een Chinees onderzoeksteam hebben aangetoond dat een zachte warmteontwikkeling in de gasfase de oxidatie van het oppervlak kan ondersteunen of bevorderen.

Om smeulen bij lage druk te begrijpen, een ander internationaal samenwerkingsteam in de Verenigde Staten, onder leiding van prof. Nakamura, gaat de uitdaging aan om de reactiviteit in de gasfase experimenteel te identificeren. Dit is een zeer belangrijk streven, omdat er weinig aandacht is besteed aan de reactiestatus van de microporiën van een brandend monster.