太空中的火焰设计可能会导致无烟火灾

几十年来，科学家们已经能够在火焰中燃烧燃料而不产生任何烟尘，他们认为他们知道为什么。他们对这些数据进行了分析，并在高科技设备上进行了实验，但只有一种方法可以确定火焰和煤烟之间的基本关系:

他们必须在太空生火。

为此，目前在国际空间站(ISS)工作的宇航员克里斯蒂娜·科赫(Christina Koch)已经开始进行实验，允许研究人员远程点燃火焰，然后观察和研究火焰的性质。她预计将创造女性最长太空飞行的纪录。如果实验能显示出地球上的研究人员所期望的结果，这将导致对燃烧特性的一个全新的、基本的理解。

Stifel &公司的Richard Axelbaum说:“我们将测量煤烟，评估火焰的强度，火焰产生的辐射以及气体成分和温度，这样我们就能确保我们的预测是正确的。奎内特·延斯是圣路易斯华盛顿大学麦凯维工程学院环境工程科学教授。在这个项目上，他将得到马里兰大学教授彼得·桑德兰的帮助。

Axelbaum同时也是清洁煤利用联盟的主席，但是有一件事煤烟是不干净的。

“首先，煤烟是一种污染物。它也可能致癌，所以我们不想吸入太多烟尘。“它可以吸收阳光和热量的星球。“事实上，它是造成大气变暖的第二大因素，仅次于二氧化碳。

有了足够的氧气，燃烧就能从燃烧的燃料中释放出最大的能量——燃烧效率很高——副产品只有二氧化碳和水。煤烟是不完全燃烧的副产品，当氧气无法燃烧时就会产生。例如，在蜡烛火焰中，柔和的黄色辉光是由火焰内部产生的煤烟颗粒加热到高温产生的

对许多人来说，燃烧是最熟悉的火，它是蜡烛或营火。燃料在主要由氮气组成的大气中发生反应——我们呼吸的空气中大约78%是氮气，21%是氧气，还有少量其他各种气体。熟悉的黄色辉光表明这些火焰中正在形成烟灰。

阿克塞尔鲍姆说:“但是，如果我把空气中的氮拿出来，放进燃料里，你仍然可以得到同样的氮氧混合燃料，但是它会极大地改变火焰的结构。“相同的成分以相同的比例，但混合方式不同，完全抑制了燃烧过程中煤烟的形成。

“我们称这种火焰设计为火焰设计，因为你使用的是相同的成分，但如果设计良好，就会产生本质上永远不会产生烟灰的条件。

阿克塞尔鲍姆说:“与此同时，火焰更强，使它更难以局部熄灭，这将导致不完全燃烧和污染。”“所以这是火焰设计的两个非常好的结果。”

那么为什么要在太空生火呢?

自从人类开始生火以来，关于燃烧的本质仍有许多悬而未决的问题。首先，对于这种燃烧方式为何会产生无法产生烟尘的火焰，存在相互矛盾的理论。

“这是一个根本性的问题，”阿克塞尔鲍姆说。有一种理论认为，答案与流场有关，尤其是火焰中气体的流动。另一种由Axelbaum提出的理论是，烟灰抑制与火焰结构的内在特性有关，而与流体流动无关。如果是这样，这对于我们在燃烧过程中如何抑制煤烟具有重要的意义。

阿克塞尔鲍姆说:“在地球上，如果你有火焰，比如说蜡烛，火焰的形状总是上升的。“这是因为火焰中的热气体没有周围气体的密度大，所以它们会上升，就像热气球一样。因此，我们无法系统地控制地球上的这种流动。”

在微重力环境中——重力6037s效应明显弱于地球——火焰不会向上流动。事实上，艾克斯鲍姆在国际空间站上的实验中的火焰形成了球体。

如果无烟燃烧是流场的一个函数，那么在微重力下，同样的氧气和氮气混合燃料也会产生烟灰。但是，如果烟灰的抑制与火焰结构固有的特性有关，研究人员应该在太空中看到同样的情况——没有烟灰。

研究人员还将能够测量火焰持续的时间，这表明它有多强。同样，由于火焰的结构，他们希望它比混合氮气和氧气(空气)燃烧的火焰更强。

阿克塞尔鲍姆说:“我们将前往太空进行基础研究，以加深对燃烧科学的理解。”

他说:“我们进入太空是为了获得一个受控的环境，这个环境不同于我们在这里的环境。”“我们获得的知识可以转化为地球上正在发生的事情，从而产生更环保的燃烧。”