Badanie spalania i bezpieczeństwa pożarowego
Badania prowadzone na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej pomagają naukowcom zrozumieć, w jaki sposób ogień rozprzestrzenia się i zachowuje w różnych środowiskach, a także dowiedzieć się, jak zapobiegać i gasić pożary w przestrzeni kosmicznej. Badania nad spalaniem przyczyniają się do bezpieczeństwa członków załogi, sprzętu i statku kosmicznego, kierując wyborem materiałów do kabiny statku kosmicznego, poprawiając zrozumienie rozwoju pożaru i identyfikując optymalne techniki gaszenia pożarów. Badania te przyczyniają się również do bezpieczeństwa przeciwpożarowego na Ziemi, a niektóre badania poprawiają nasze zrozumienie spalania do zastosowań takich jak produkcja energii elektrycznej i zasilanie pojazdów na ziemi. Mikrograwitacja znacząco wpływa na płomienie i zapewnia unikalne środowisko do badania spalania. Na przykład na Ziemi gorące gazy z płomienia unoszą się, a grawitacja ściąga chłodniejsze, gęstsze powietrze na dno płomienia, tworząc klasyczny kształt i efekt migotania. W mikrograwitacji ten przepływ nie występuje, a na stacji kosmicznej płomienie o niskiej pędności mają tendencję do zaokrąglania się, a nawet kulistości. Poprzez usunięcie efektów wyporu, mikrograwitacja zapewnia badaczom lepsze zrozumienie specyficznych zachowań płomieni. Combustion Integrated Rack (CIR), opracowany i obsługiwany przez Glenn Research Center NASA, zapewnia bezpieczne środowisko dla szerokiej gamy eksperymentów spalania. Różne wkładki komorowe, które umożliwiają różnorodne badania, obejmują Multi-user Droplet Combustion Apparatus, który wspierał eksperymenty gaszenia płomienia (FLEX), wkładkę Advanced Combustion via Microgravity Experiments (ACME) oraz komorę Solid Fuel Ignition and Extinction - Growth and Extinction Limit (SoFIE). FLEX, który analizował skuteczność środków przeciwpożarowych, doprowadził do odkrycia rodzaju chłodnego płomienia, w którym paliwo nadal "paliło się" w określonych warunkach po wygaśnięciu widocznego płomienia. Typowe płomienie wytwarzają dwutlenek węgla i wodę, ale chłodne płomienie wytwarzają tlenek węgla i formaldehyd. Dowiedzenie się więcej o zachowaniu tych chemicznie różnych płomieni może doprowadzić do opracowania bardziej wydajnych i mniej zanieczyszczających pojazdów. Chłodne płomienie wytwarzane na Ziemi szybko gasną. Ponieważ w mikrograwitacji palą się one dłużej, naukowcy mają możliwość ich zbadania. FLEX-2 sprawdził, jak szybko spalają się kropelki paliwa, jakie warunki są wymagane do powstania sadzy i jak mieszaniny paliw płynnych odparowują przed spaleniem. Wyniki mogą pomóc w zwiększeniu bezpieczeństwa przyszłych statków kosmicznych i wydajności paliwowej silników wykorzystujących paliwo ciekłe na Ziemi. ACME to zestaw sześciu niezależnych badań wykorzystujących CIR do zbadania wydajności paliwa i produkcji zanieczyszczeń podczas spalania na Ziemi. Seria ta dotyczyła również poprawy zapobiegania pożarom statków kosmicznych poprzez lepsze zrozumienie palności materiałów. Jedno z badań ACME, Flame Design, dotyczyło ilości sadzy wytwarzanej w różnych warunkach płomienia. Sadza, pozostałość węgla pozostawiona, gdy materiał zawierający węgiel nie spala się w pełni, powoduje problemy środowiskowe i zdrowotne, ale jest pożądana do niektórych celów. Wyniki mogą umożliwić projektowanie płomieni z większą lub mniejszą ilością sadzy, w zależności od konkretnych potrzeb, i mogą pomóc w tworzeniu bardziej wydajnych i mniej zanieczyszczających projektów spalania paliwa. ACME's Burning Rate Emulator (BRE) symulował palność materiałów stałych i ciekłych poprzez spalanie paliw gazowych w określonych warunkach. Analiza 59 testów spalania BRE dostarczyła danych na temat przepływu ciepła, wielkości płomienia, wpływu przepływu mieszanki paliwowej i innych ważnych parametrów.1 Wyniki mogą poprawić fundamentalne zrozumienie palności materiałów i ocenić, czy istniejące metody testowania palności są skuteczne w mikrograwitacji. Burning and Suppression of Solids (BASS) było jednym z pierwszych badań mających na celu sprawdzenie, jak gasić paliwa płonące w mikrograwitacji. Gaszenie pożarów w przestrzeni kosmicznej musi uwzględniać geometrię płomienia, charakterystykę materiałów i metody stosowane do jego gaszenia, ponieważ metody stosowane na ziemi mogą być nieskuteczne lub nawet pogorszyć płomień. BASS-II zbadał charakterystykę różnych próbek paliwa, aby sprawdzić, czy materiały spalają się tak samo dobrze w mikrograwitacji, jak w normalnej grawitacji, przy odpowiednich warunkach. W kilku artykułach przedstawiono wyniki badania BASS-II, w tym różnice między rozprzestrzenianiem się płomienia a regresją paliwa oraz porównanie szybkości rozprzestrzeniania się płomienia.2,3 SoFIE-GEL analizuje, w jaki sposób temperatura paliwa wpływa na palność materiału. Naukowcy donoszą, że obserwacje eksperymentalne zgadzają się z trendami przewidywanymi przez modele. W tym badaniu, pierwszym z serii, przetestowano różne paliwa, w tym płaskie arkusze, grube płyty, cylindry i kule. Saffire to seria eksperymentów przeprowadzanych na pokładzie bezzałogowego statku kosmicznego Cygnus po opuszczeniu stacji, co umożliwia testowanie większych pożarów bez narażania członków załogi na ryzyko. Wyniki dotyczące rozprzestrzeniania się płomienia w warunkach mikrograwitacji mogą być wykorzystane do ustalenia szybkości uwalniania ciepła w statku kosmicznym4 i wykazania, że zmniejszenie ciśnienia spowalnia to rozprzestrzenianie się.5 Confined Combustion, sponsorowany przez ISS National Lab, bada rozprzestrzenianie się płomieni w zamkniętych przestrzeniach o różnych kształtach. Zamknięcie wpływa na charakterystykę pożaru i zagrożenia. Naukowcy przedstawiają szczegółowe informacje na temat interakcji między płomieniem a otaczającymi go ścianami oraz losów płomienia, takich jak wzrost lub wygaśnięcie.6 Wyniki te dostarczają wskazówek dotyczących projektowania konstrukcji, kodeksów bezpieczeństwa pożarowego i reagowania w kosmosie i na Ziemi. Inne wyniki sugerują, że zamknięcie może zwiększać lub zmniejszać palność paliwa stałego w zależności od warunków.7 FLARE, badanie sponsorowane przez JAXA (Japan Aerospace Exploration Agency), również testuje palność materiałów w warunkach mikrograwitacji. Wyniki mogą znacząco poprawić bezpieczeństwo przeciwpożarowe podczas przyszłych misji. Badania nad płomieniami pomagają zapewnić bezpieczeństwo załogom w przestrzeni kosmicznej. Badania te mogą również prowadzić do bardziej wydajnego spalania, które redukuje zanieczyszczenia i wytwarza bardziej wydajne płomienie do zastosowań na Ziemi, takich jak ogrzewanie i transport. Przeszukaj tę bazę danych eksperymentów naukowych, aby dowiedzieć się więcej o tych wymienionych powyżej.
Dziękujemy, że przeczytałaś/eś artykuł! Obserwuj nas w Wiadomościach Google.
