Ogień był nie tylko ważny dla ludzkiego życia w starożytności, ale nadal pozostaje integralną częścią naszego współczesnego życia. Ogrzewa między innymi nasze domy i wodę, gotuje nasze jedzenie, wytwarza energię elektryczną i napędza nasze pojazdy. Jednak, biorąc pod uwagę jego ogromną złożoność, wciąż wiele nie wiemy o złożoności zachowania płomienia.
Zespół naukowców ze środowiska akademickiego, NASA Glenn Research Center, Wydziału Nauk Biologicznych i Fizycznych agencji oraz innych organizacji zakończył niedawno serię badań na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej w celu uzyskania lepszego zrozumienia zjawisk spalania. ten Zaawansowane spalanie dzięki eksperymentom mikrograwitacyjnym, ACME, testy na orbicie w ramach projektu rozpoczęły się w 2017 r. i obejmowały sześć udanych badań niemieszanych płomieni paliwa gazowego.
Płomienie niemieszane, takie jak płomienie świec, to takie, w których paliwo i utleniacz pozostają rozdzielone przed reakcją lub zapłonem. Płomienie wstępnie zmieszane występują w wielu z wyżej wymienionych scenariuszy codziennego użytku, gdy paliwo i utleniacz są mieszane przed reakcją.
Sześć eksperymentów ACME to:
- Emulator szybkości spalania (BRE) – zademonstrowane materiały mogą palić się przez kilka minut w przypadku braku przepływu powietrza w atmosferach pojazdów załogowych rozważanych w przyszłych misjach.
- Coflow laminarny płomień dyfuzyjny (CLD Flame) – uzyskano dane porównawcze w skrajnych warunkach osadzających się sadzą i mocno rozrzedzonych w celu ulepszenia modeli obliczeniowych.
- Badanie chłodnych płomieni za pomocą gazów (CFI-G) – skutkowało niemieszanymi wstępnie chłodnymi płomieniami paliw gazowych bez ulepszeń, takich jak podgrzewane reagenty, impulsowa plazma lub dodawanie ozonu, które były wymagane w testach naziemnych.
- Efekty pola elektrycznego na płomienie dyfuzji laminarnej (E-FIELD Flames) – zademonstrowano potencjalne wykorzystanie pól elektrycznych do zmniejszenia emisji z płomieni niemieszanych.
- Projekt płomienia – zademonstrowali po raz pierwszy quasi-stałe, niemieszane wstępnie płomienie sferyczne i radiacyjne straty ciepła prowadzące do wygaszenia w przypadku większych płomieni.
- Struktura i reakcja sferycznych płomieni dyfuzyjnych (s-Flame) – dostarczył danych na temat wzrostu i wygaśnięcia płomieni w celu ulepszenia modeli obliczeniowych.
Eksperymenty przeprowadzono z pojedynczym modułowym zestawem sprzętu w zintegrowanym stojaku Combustion Integrated Rack (CIR) stacji kosmicznej. Testy były zdalnie sterowane z NASA Glenn ISS Payload Operations Center w Cleveland.
„Zapalono ponad 1,500 płomieni, ponad trzykrotnie więcej niż pierwotnie planowano” – powiedział Stocker. „Udało się również osiągnąć kilka „pierwszych”, być może przede wszystkim w obszarach chłodnych i kulistych płomieni”.
Stocker powiedział, że około 50 pracowników z NASA Glenn, środowiska akademickiego i ZIN Technologies, Inc. wspierało ACME podczas czterech i pół roku operacji na orbicie. Ponadto ponad 30 członków załogi z sześciu krajów odegrało kluczową rolę w przygotowaniu sprzętu do każdego badania i wymianie butli z gazem, końcówek zapalników i innego sprzętu związanego z eksperymentem, jeśli zajdzie taka potrzeba.
Sprzęt ACME został usunięty z CIR, aby zrobić miejsce na Zapłon i gaszenie paliw stałych, czyli SoFIE, sprzęt wprowadzony na rynek w lutym 2022 r., który jest kolejnym krokiem w badaniach NASA dotyczących spalania na orbicie. Sprzęt ACME ma powrócić na Ziemię w nadchodzących miesiącach z zamiarem ponownego wystrzelenia na stację kosmiczną z przyszłymi eksperymentami.
