I ricercatori della Toyohashi University of Technology hanno scoperto che la combustione senza fiamma (senza fiamma) di un campione poroso può essere sostenuta, anche sotto quasi l'1 per cento della pressione atmosferica. La struttura termica di un campione in fiamme di 2 mm di diametro in condizioni di estinzione molto vicina è stata misurata con successo utilizzando una termocoppia ultrasottile incorporata, chiarire le questioni chiave che portano all'estinzione degli incendi a basse pressioni. Il risultato di questa ricerca contribuirà a migliorare le strategie di sicurezza antincendio per l'esplorazione dello spazio.

Combustione senza fiamma (cioè, senza fiamma) è un processo a combustione estremamente lenta che emette gas tossici e fumo bianco. Ciò corrisponde alla fase pre-fiamma di bruciare un campione poroso, durante la quale cresce la parte annerita, continuando il lento processo esotermico. Alla fine genera una fiamma che accelera rapidamente il danno da fuoco. La combustione ardente può essere soppressa riducendo la pressione a quasi 1/3 della pressione standard (~30 kPa). Tuttavia, la combustione senza fiamma può essere sostenuta anche a 1/100 della pressione standard (~1 kPa) se il gas ambiente è completamente ossigenato. L'estensione della pressione critica è stata dimostrata sperimentalmente; però, il vero motivo non è noto perché è estremamente difficile indagare sullo stato termochimico di condizioni quasi critiche. Poiché l'intensità della combustione è molto debole, l'inserimento del sensore può influenzare lo stato, con conseguente incapacità di catturare la fisica reale.

Un gruppo di ricerca guidato dal professor Yuji Nakamura del Dipartimento di ingegneria meccanica della Toyohashi University of Technology ha affrontato la sfida di misurare la distribuzione della temperatura di un'asta sottile fumante in una camera a pressione controllata in condizioni quasi critiche. Per rendere questo possibile, è stata prestata particolare attenzione alla regolazione del sensore evitando il potenziale guasto sopra descritto. Un foro del diametro di 0,2 mm è stato praticato attraverso il fragile provino. Quindi una termocoppia di tipo R da 50 micron è stata incorporata nel foro. Raggiungendo la combustione allo stato stazionario, anche vicino alle condizioni critiche in un ambiente sperimentale ben controllato, lungo l'asse è stato ottenuto un profilo di temperatura 1-D ripetibile.

Il primo autore, Takuya Yamazaki, un dottorato di ricerca candidato, disse, "Nessuno potrebbe nemmeno considerare di praticare un foro così piccolo nella scala di 2 mm del fragile esemplare che abbiamo usato, e poi inserendo manualmente la piccola termocoppia al suo interno. Certo, nessuno l'ha provato prima, poiché è chiaramente estremamente difficile, e richiede notevole pazienza e impegno. Infatti, Devo ammetterlo, è stato davvero estenuante portare a termine questo compito. Tuttavia, questo ci ha fornito informazioni sullo stato termico vicino alla condizione critica per comprendere a fondo il meccanismo di estinzione. Ad esempio, il calore di combustione viene prima trasferito lungo l'asse per irraggiamento, poi parte del calore ceduto viene ceduto all'ambiente per convezione naturale quando la pressione totale è dell'ordine delle decine di kilo-pascal. Poiché la perdita di calore convettivo tende ad essere soppressa quando la pressione totale diminuisce, il calore ceduto per irraggiamento potrebbe rimanere nel campione per evitarne l'estinzione. Questo fatto è stato dimostrato da questo lavoro per la prima volta in assoluto:siamo il primo gruppo ad affrontare la grande sfida di misurare la precisa distribuzione della temperatura di un esemplare incandescente vicino all'estinzione".

Il professor Yuji Nakamura dice, "I risultati attuali sono aperti alla società del fuoco semplicemente grazie alla devozione personale di Takuya. Questo risultato suggerisce che l'operazione sottovuoto per spegnere il fuoco nello spazio potrebbe fallire a meno che non si raggiunga la condizione adeguata. Altrimenti, covare sarebbe sopravvissuto, e farebbe sì che l'incendio provochi danni secondari alla cabina. Questo lavoro è solo il primo passo per proporre una strategia di sicurezza antincendio (regolamento) negli habitat spaziali per privatizzare lo sviluppo spaziale".

Sebbene la parola "smoldering" sia un luogo comune, nessuno sa come brucia un esemplare per generare calore localmente. È stato considerato che l'ossidazione superficiale è la fonte di generazione di calore, e quella reazione in fase gassosa non è richiesta. Però, recenti previsioni numeriche di un gruppo di ricerca cinese hanno scoperto che una delicata generazione di calore in fase gassosa può supportare o promuovere l'ossidazione superficiale.

Per capire la combustione senza fiamma a bassa pressione, un altro team di collaborazione internazionale negli Stati Uniti, guidato dal Prof. Nakamura, assumerà la sfida di identificare sperimentalmente la reattività in fase gassosa. Questo è uno sforzo molto importante, perché scarsa attenzione è stata prestata allo stato di reazione dei micropori di un campione in fiamme.