Kapsel zur Untersuchung der ultralangsamen Flammenausbreitung in der Mikrogravitation
Ultra-langsam propagierende Flammen sind bekannt dafür, eine Herausforderung bei der Messung ihrer Brenngeschwindigkeit darzustellen. Konventionelle Methoden wie Flachbrenner und geschlossene Brennkammern liefern keine akkuraten Brenngeschwindigkeitsdaten unter normaler Schwerkraft, da die Flammenstruktur durch die Auftriebskraft beeinträchtigt wird. Dies ist entscheidend für die Charakterisierung grundlegender Verbrennungs- und Brandschutzeigenschaften von langsam brennenden alternativen Brennstoffen (Ammoniak), modernen Kältemitteln mit geringem Treibhauspotenzial (R-32, R-1234yf usw.) und anderen brennbaren Gemischen nahe der Entflammbarkeitsgrenzen.
Beschreibung des Aufbaus
Die Brennkammer zur Bestimmung laminarer Flammengeschwindigkeiten wird am ITV regelmäßig für die Untersuchung von ultra-langsam propagierenden Flammen unter Mikrogravitation verwendet. Eine kompakte Zweifeld-Schlierenanordnung ist vertikal mit einer Hochleistungs-LED-Lichtquelle unten und einer Hochgeschwindigkeits-CMOS-Kamera oben installiert. Flammenbilder werden mit einer Bildrate von 10000 Bildern pro Sekunde und einer räumlichen Auflösung von 17,5 Pixel/mm aufgenommen. Die gesamte experimentelle Kapsel ist in der normalen Laborumgebung schwenkbar, um Flammaufnahmen in zwei Kamerawinkeln zu ermöglichen, die parallel und senkrecht zur Schwerkraft ausgerichtet sind.
Nachdem die Brennkammer und das Rohrnetzwerk von Restgasen evakuiert sind, wird die Verbrennungskammer über eine zusätzliche Mischkammer befüllt. Der Prozess wird ferngesteuert mit Magnetventilen, Massenstromreglern und einem zusätzlichen Druckregelventil am Auslass der Kammer. Nach ausreichender Mischzeit und sobald der eingestellte Zünddruck stabil bleibt, werden die Ventile gleichzeitig geschlossen. Der Zündfunke wird durch zwei gegenüberliegenden länglichen sich verjüngende Zündkerzenelektroden abgegeben.
Mit dem am ITV entwickelten Aufbau können Schwerelosigkeitsexperimente in Fallturm-Einrichtungen, wie zum Beispiel dem neuartigen GraviTower Bremen Pro (GTB Pro) des ZARM (Zentrum für angewandte Raumfahrttechnologie und Mikrogravitation, Bremen, Deutschland), durchgeführt werden. Der GTB Pro ermöglicht etwa 30 Schwerelosigkeits-Verbrennungsexperimente pro Tag, was eine Vielzahl von Parametervariationen und eine hohe Wiederholungsrate bietet. Somit kann das ITV einzigartige Einblicke in die Strahlung, Physik und Chemie langsam propagierender Flammen gewinnen.
