Los investigadores de la Universidad Tecnológica de Toyohashi han descubierto que la combustión no inflamada latente de una muestra porosa puede mantenerse, incluso bajo casi el 1% de la presión atmosférica. La estructura térmica de una muestra en llamas de 2 mm de diámetro en condiciones de extinción muy cercanasse midió con éxito utilizando un termopar ultrafino incorporado, aclarando los problemas clave que conducen a la extinción del fuego a bajas presiones. El resultado de esta investigación contribuirá a mejorar las estrategias de seguridad contra incendios en la exploración espacial.
La combustión sin llamas es decir, ardiendo lentamente es un proceso de combustión extremadamente lento que emite gases tóxicos y humo blanco durante el evento de combustión. Esto corresponde a la etapa previa a la combustión de una muestra porosa, durante la cual la parte ennegrecida crece,continuando el lento proceso exotérmico. Eventualmente genera una llama que acelera rápidamente el daño del fuego. La combustión de llamas puede ser suprimida reduciendo la presión a casi 1/3 de la presión estándar ~ 30 kPa. Sin embargo, la combustión sin llamas puede mantenerse inclusoa 1/100 de la presión estándar ~ 1 kPa si el gas ambiental está completamente oxigenado. La extensión de la presión crítica se ha señalado como un hecho experimental; sin embargo, la razón real no se conoce porque es extremadamente difícil de investigarEl estado termoquímico de las condiciones casi críticas. Debido a que la intensidad de la combustión es muy débil, la inserción del sensor puede afectar el estado, resultando en una falla en la captura de la física real.
Un grupo de investigación dirigido por el profesor Yuji Nakamura, del Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad Tecnológica de Toyohashi, asumió el desafío de medir la distribución de temperatura de una varilla delgada humeante en una cámara controlada por presión en condiciones casi críticas.Para hacer esto posible, se tomó especial cuidado para ajustar el sensor evitando la falla potencial descrita anteriormente. Se perforó un pequeño agujero de 0.2 mm de diámetro a través de la muestra frágil. Luego, se insertó un termopar tipo R de 50 micrones en el agujeroAl lograr una combustión en estado estacionario, incluso cerca de la condición crítica en un entorno experimental bien controlado, se obtuvo un perfil de temperatura 1-D repetible a lo largo del eje.
El primer autor, Takuya Yamazaki, un candidato a doctorado, dijo: "Nadie podría considerar perforar un agujero tan pequeño en la escala de 2 mm de la muestra frágil que usamos, y luego insertar manualmente el pequeño termopar en él.Por supuesto, nadie lo ha intentado antes, ya que es claramente extremadamente difícil y requiere mucha paciencia y esfuerzo. De hecho, debo admitir que fue realmente agotador completar esta tarea. Sin embargo, esto nos proporcionó una idea del estado térmico cercanola condición crítica para comprender a fondo el mecanismo de extinción. Por ejemplo, el calor de combustión se transfiere primero a lo largo del eje por radiación, luego parte del calor transferido se perderá al ambiente por convección natural cuando la presión total sea del orden de decenas de kilo-pascales. Debido a que la pérdida de calor por convección tiende a suprimirse cuando la presión total disminuye, el calor transferido por la radiación podría permanecer en la muestra para evitar la extinción. Este hecho ha sido demostradod por este trabajo por primera vez porque somos el primer grupo en asumir el 'súper' desafío de medir la distribución precisa de temperatura de un espécimen latente a punto de extinción ".
"Los resultados actuales se abren a la sociedad del fuego simplemente debido a la devoción personal de Takuya. Este resultado sugiere que la operación aspiradora para extinguir el fuego en el espacio puede fallar a menos que se logre la condición adecuada. De lo contrario, la combustión lenta sobreviviría y causaríael incendio provocará daños secundarios en la cabina. Este trabajo es solo el primer paso para proponer una estrategia de seguridad contra incendios regulación en los hábitats del espacio exterior para privatizar el desarrollo espacial ", explica el profesor Yuji Nakamura.
Usamos el término "ardiendo" con frecuencia, pero, en realidad, nadie sabe cómo se quema una muestra para generar calor localmente. Se ha considerado que la oxidación de la superficie es la fuente de generación de calor, y que la reacción en fase gaseosa no esSin embargo, según las predicciones numéricas recientes de un equipo de investigación chino miembro de un equipo de colaboración internacional dirigido por el profesor Nakamura, se descubrió que una generación de calor suave en fase gaseosa puede apoyar o promover la oxidación de la superficie.
Para promover la causa de la comprensión latente en bajas presiones, otro equipo de colaboración internacional en los Estados Unidos, dirigido por el Prof. Nakamura, asumirá el desafío de identificar experimentalmente la reactividad en la fase gaseosa. Este es un esfuerzo muy importante,porque se ha prestado poca atención al estado de reacción de los microporos de una muestra en llamas.
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Materiales proporcionados por Universidad de Tecnología de Toyohashi . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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