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太空燃烧的火焰,照亮发动机的未来

热焰与冷焰。

phys.org网站当地时间7月19日报道,美国马里兰大学领导的团队在地球轨道中取得了新发现――球形冷却扩散火焰。该成果有望改进未来的发动机设计。

大多数专家认为,在微重力条件下很容易获得燃烧气体的冷却扩散火焰。然而,研究人员发现事实并非如此。在2021年1月至6月,研究人员在国际空间站(ISS)燃起了150余次热扩散火焰,部分火焰的持续时间长达3分钟,但无一在熄灭后转化为冷燃烧。

6月23日,马里兰大学消防工程(FPE)研究人员Minhyeng Kim发现,两个大气压下,当燃料为氮稀释的正丁烷,氧化剂为含氮40%的氧气,火焰熄灭并从摄像机视野内消失后,热量仍在产生。火焰非常微弱,以至于最灵敏的摄像机最初也没有捕捉到任何信息。随后,机械工程研究人员Kendyl Waddell接受了FPE教授Peter Sunderland的建议,通过强化视频源揭示了热焰转化为冷焰的惊人行为――在热焰熄灭、所有反应停止后,多孔燃烧器中的余热作为稳定的球形冷却扩散火焰,重新点燃了流动的燃料。

Sunderland教授说:“这种类型的火焰表现出多种有益特性,例如:受控和稳定的流量;无需加热的反应物或外加氧化剂就能自我维持;反应区厚度达到6毫米,非常便于测量和模拟;燃料是气态轻质正丁烷,和普通打火机成分一致。”

冷焰能够在600~1000K温度下燃烧,远低于典型的1100~2200K的热焰。Kim等人的新发现引发了燃烧学研究人员的极大兴趣。他们希望对冷焰化学展开全面研究,从而使发动机和燃烧器更清洁、高效,并强化消防安全。

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编译:德克斯特 审稿:西莫 责编:陈之涵

来源:马里兰大学

原文链接:https://phys.org/news/2021-07-cool-flames-ignited-space.html

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