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太空生火? 微重力環境下的火焰測試

國際空間站宇航員進行微重力環境下的火焰燃燒測試,火焰形狀完全不同於地面,產物也大不相同

國際空間站宇航員進行微重力環境下的點火燃燒實驗,火焰在失去「重力」支撐後形成了奇異的現象,形成的燃燒產物也不同於地面。

生「火」是人類文明的一個進化里程碑,標誌著人類已經掌握了利用這種能量的技能,「火焰」是我們非常熟悉的事物,如果在微重力環境下,它會是何種模樣呢?通常情況下,在一系列複雜的物化作用下,火焰形成了重心,使其具有一定的形狀,重力場的存在確保了火焰形成一個「液滴」形,熱空氣向上運動,冷空氣在下邊「墊」著,整個火焰於是就形成了。根據國際空間站宇航員的實驗,在微重力環境中火就會變成一副非常陌生的模樣。

加州大學聖迭戈分校物理學教授福爾曼A·威廉姆斯認為在微重力環境下,火焰的燃燒與地面上不同,宇航員使用高度易燃的庚烷類物質通過火焰熄滅裝置(FLEX-2)進行微重力環境下的火焰燃燒測試。研究人員發現在物質被點燃時,一團火焰尋找包圍了物質液滴,溫度可達到1,500K至2,000K之間,如果這一情況發生在地球上,那麼點燃的物質會儘可能多地「吸」來周圍的氧氣,並保持火焰的持續燃燒。然而,在微重力環境下,液態物質在被點燃後,周圍的氧氣就會與燃燒介質在一個球形表面的狹窄區域內燃燒,而不是如飢似渴地吸走周圍的氧氣,微重力環境下的燃燒與地面上不同,前者只會在一定的區域內進行。

對此,美國宇航局的科學家認為國際空間站上進行的火焰燃燒實驗室一次迷你實驗室中取得科學發現,在最近一次火焰熄滅裝置的實驗中,當正在燃燒的庚烷類物質被撲滅時,其小部分液滴仍然在燃燒,這種燃燒似乎沒有可見的火焰,威廉姆斯認為這個現象極為不可思議,起初研究人員認為這個實驗可能出錯,但事實證明微重力環境下的燃燒確實如此。

微重力環境下的燃燒溫度較低,大約為500K至800K左右,而且化學反應也完全不同,正常的燃燒產物為煙塵、二氧化碳和水,冷火焰的燃燒產物為一氧化碳和甲醛,掌握了傳統燃燒模式的人類或許應該瞭解下在微重力環境下燃燒的情形。

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