Prometeusz byłby taki dumny. W ramach eksperymentu NASA ludzie przynieśli ogień do Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS), aby zobaczyć, co dzieje się z płomieniami w znikomo niskiej grawitacji. Eksperyment, zatytułowany Gaszenie płomienia-2 (FLEX-2), ma na celu pogłębienie naszej wiedzy na temat spalania różnych paliw ciekłych i ich produkcji, abyśmy mogli tworzyć czystsze, wydajniejsze silniki spalinowe.
powiązana zawartość
- Jak rakiety zapalają silniki w kosmosie bez tlenu i więcej pytań od naszych czytelników?
- W kosmosie płomienie zachowują się w sposobach, których nikt nie myślał
Zainstalowany na stacji kosmicznej w 2009 roku FLEX-2 wykorzystuje wyjątkowe warunki kosmiczne, aby uprościć badania nad spalaniem. W mikrograwitacji płynne paliwo może tworzyć prawie idealnie okrągłe kropelki. Gdy kule te się zapalą, płomień płonie w kulę, zapewniając naukowcom czystszą geometrię do uruchamiania modeli i obliczeń.
Osiągnięcie tego poziomu prostoty nie było jednak żadnym wyczynem, mówi C. Thomas Avedisian z Cornell University, który jest współ-śledczym w zespole FLEX-2. „Twierdziłbym, że jest to najtrudniejsza konfiguracja spalania dla paliwa płynnego”, mówi. „Ten eksperyment wymagał dziesięcioleci do perfekcji, sięgając połowy lat 80.”
W ostatnim teście testowym, pokazanym na powyższym filmie, komora FLEX-2 - wielkości wewnętrznej skrzynki chlebowej - jest wypełniona mieszanką tlenu i azotu pod ciśnieniem zaprojektowaną do symulacji powietrza na powierzchni Ziemi. Igły dozują 3-milimetrową kroplę, która stanowi pół izooktanu i pół heptanu. Ten chemiczny napar służy jako prostszy dodatek do benzyny, mówi Avedisian. Te dwie ciecze na ogół palą się w podobny sposób, ale benzyna może zawierać tak wiele różnych związków, że jej zachowanie jest trudniejsze do modelowania.
Dwie pętle z drutu przewodzą prąd, aby podgrzać kroplę do momentu jej zapłonu, wywołując świecącą kulę niebieskiego płomienia, która płonie około 2000 kelwinów. Nie daj się zwieść - płonąca kula nie jest nagle przenoszona na rozgwieżdżone niebo. Światła w komorze gasną, aby płomień był lepiej widoczny, ale to również sprawia, że plamy na obrazach, spowodowane drobnymi niedoskonałościami czujników wideo, są bardziej widoczne. Kula ognia zaczyna oscylować w miarę zanikania spalania, przez co wydaje się pulsować w komorze jak pływająca meduza. W końcu kula emituje tyle ciepła, że gorący płomień gaśnie.
Avedisian i jego zespół przeprowadzili kilka takich testów, mieszając rodzaje paliwa i wielkości kropli, aby sprawdzić różne efekty. Są w stanie kontrolować początkową konfigurację w czasie rzeczywistym za pośrednictwem kanału wideo kierowanego do laboratorium w Cornell, a następnie obserwować, jak przebiega automatyczny test. Zespół laboratoryjny przeprowadza również podobne eksperymenty na ziemi, przyglądając się kropelkom o wielkości zbliżonej do odmiany w mikroskali powstałej podczas wtrysku paliwa do silnika samochodowego. Aby zasymulować niską grawitację na Ziemi, zespół Cornell upuszcza krople - wysyłają płonące kule przez 25-metrową komorę swobodnego spadania i filmują je po drodze.
Kropelki utworzone w eksperymentach kosmicznych pozwalają zespołowi zobaczyć fizykę spalania na większą skalę i porównać wyniki z testami przeprowadzonymi na Ziemi. Jednym z nieco zagadkowych odkryć jest to, że impulsy w stylu meduz występują tylko wtedy, gdy kropla jest wystarczająco duża - około 3 milimetrów lub większa - i nie zdarzają się cały czas. „Oscylacje płomienia naprawdę nie są dobrze rozumiane”, mówi Avedisian.
Ostatecznie, badanie lewitujących kul ognistych może ujawnić sposoby, by paliwa paliły się czystsze. „Uważamy, że istnieje strefa spalania o niskiej temperaturze lub„ chłodnym płomieniu ”- kropelka wciąż pali się, mimo że nie widzimy płomienia” - mówi Avedisian. W tej strefie ogień płonie tylko od około 600 do 800 kelwinów.
„Producenci silników badają sposoby zmniejszenia zanieczyszczenia, które wymagają zastosowania chemii zimnego płomienia, a chemia ta nie jest tak dobrze rozumiana jak chemia gorącego ognia”, dodaje główny badacz FLEX-2 Forman A. Williams z University of California, San Diego. „Badając chłodne płomienie, które znaleźliśmy w eksperymentach ISS, możemy być w stanie lepiej zrozumieć tę chemię, co może być pomocne dla producentów silników w ich projektach.”
