Pesquisadores da Toyohashi University of Technology descobriram que a combustão não flamejante (latente) de um espécime poroso pode ser sustentada, mesmo sob quase 1 por cento da pressão atmosférica. A estrutura térmica de uma amostra em combustão de 2 mm de diâmetro em condição de extinção muito próxima foi medida com sucesso usando um termopar ultrafino incorporado, esclarecendo as principais questões que levam à extinção de incêndios em baixas pressões. O resultado desta pesquisa contribuirá para estratégias aprimoradas de segurança contra incêndio na exploração espacial.

Combustão não flamejante (ou seja, latente) é um processo de queima extremamente lento que emite gás tóxico e fumaça branca. Isso corresponde ao estágio de pré-combustão da queima de um espécime poroso, durante o qual a parte enegrecida cresce, continuando o lento processo exotérmico. Eventualmente, gera uma chama que acelera rapidamente o dano causado pelo fogo. A combustão em chamas pode ser suprimida reduzindo a pressão para quase 1/3 da pressão padrão (~ 30 kPa). No entanto, a combustão não flamejante pode ser sustentada mesmo a 1/100 da pressão padrão (~ 1 kPa) se o gás ambiente estiver totalmente oxigenado. A extensão da pressão crítica foi comprovada experimentalmente; Contudo, o motivo real não é conhecido porque é extremamente difícil investigar o estado termoquímico de condições quase críticas. Porque a intensidade da combustão é muito fraca, a inserção do sensor pode afetar o status, resultando em falha em capturar a física real.

Um grupo de pesquisa liderado pelo professor Yuji Nakamura do Departamento de Engenharia Mecânica da Universidade de Tecnologia de Toyohashi assumiu o desafio de medir a distribuição de temperatura de uma haste fina em combustão lenta em uma câmara controlada por pressão em condições quase críticas. Para tornar isso possível, um cuidado especial foi tomado para ajustar o sensor, evitando a falha potencial descrita acima. Um orifício de 0,2 mm de diâmetro foi perfurado através da amostra frágil. Em seguida, um termopar tipo R de 50 mícrons foi embutido no orifício. Ao atingir a combustão em estado estacionário, mesmo perto das condições críticas em um ambiente experimental bem controlado, um perfil de temperatura 1-D repetível foi obtido ao longo do eixo.

O primeiro autor, Takuya Yamazaki, um Ph.D. candidato, disse, "Ninguém poderia sequer considerar a perfuração de um orifício tão minúsculo na escala de 2 mm do espécime frágil que usamos, e, em seguida, inserir manualmente o minúsculo termopar nele. Claro, ninguém tentou isso antes, uma vez que é claramente extremamente difícil, e requer muita paciência e esforço. Na verdade, Devo admitir, foi realmente exaustivo concluir esta tarefa. No entanto, isso nos forneceu uma visão sobre o estado térmico próximo à condição crítica para entender completamente o mecanismo de extinção. Por exemplo, o calor de combustão é primeiro transferido ao longo do eixo por radiação, então, parte do calor transferido é perdido para o ambiente por convecção natural quando a pressão total é da ordem de dezenas de quilo-pascais. Como a perda de calor por convecção tende a ser suprimida quando a pressão total diminui, o calor transferido por radiação pode permanecer na amostra para evitar a extinção. Este fato foi demonstrado por este trabalho pela primeira vez - somos o primeiro grupo a assumir o grande desafio de medir a distribuição precisa da temperatura de um espécime em combustão quase extinto. "

Professor Yuji Nakamura diz, "Os resultados atuais são abertos para a sociedade do fogo simplesmente devido à devoção pessoal de Takuya. Este resultado sugere que a operação de aspiração para extinguir o fogo no espaço pode falhar a menos que a condição adequada seja alcançada. Caso contrário, fumegante sobreviveria, e faria com que o incêndio resultasse em danos secundários à cabine. Este trabalho é apenas o primeiro passo para propor uma estratégia de segurança contra incêndio (regulamentação) em habitats espaciais para privatizar o desenvolvimento do espaço. "

Embora a palavra "latente" seja comum, ninguém sabe como um espécime queima para gerar calor localmente. Foi considerado que a oxidação da superfície é a fonte de geração de calor, e essa reação em fase gasosa não é necessária. Contudo, As previsões numéricas recentes de uma equipe de pesquisa chinesa descobriram que uma geração de calor suave em fase gasosa pode apoiar ou promover a oxidação da superfície.

Para entender a combustão lenta em baixa pressão, outra equipe de colaboração internacional nos Estados Unidos, liderado pelo Prof. Nakamura, assumirá o desafio de identificar experimentalmente a reatividade na fase gasosa. Este é um empreendimento muito importante, porque pouca atenção foi dada ao status da reação dos microporos de uma amostra em combustão.