Не пропусти
Главная » Наука и технологии » Как потушить огонь… молнией

Как потушить огонь… молнией

С тех пор как Прометей подарил людям огонь, человечество далеко ушло по пути прогресса. Но когда своенравный дар титана выходит из-под контроля, люди по‑прежнему борются с ним древними методами. Так почему бы не призвать на помощь инструменты Зевса?

Как потушить огонь... молнией

Ущерб, наносимый пожарами, трудно переоценить. Человечество постоянно воюет с огнем, обеспечивая пожарные службы на передовой новейшим вооружением — от мощных водяных пушек и длинных автолестниц до индивидуальных дыхательных аппаратов и костюмов из жаропрочных материалов. Но вот «боеприпасы» используются все те же.

  • Наука

    Как сварить яйцо по научно выверенному рецепту

  • Наука

    Жизнь и борьба Стивена Хокинга: памяти великого физика

Вода гасит горящие материалы, охлаждая их до температуры ниже точки горения, пена изолирует очаги огня от кислорода, газ вытесняет воздух, лишая огонь поддерживающего горение кислорода (как и порошок, который при нагревании выделяет негорючие газы). В принципе, эти дедовские методы не так уж и плохи — они недороги и довольно эффективны, пока речь идет об относительно «простых» пожарах. Между тем в современном мире часты случаи, когда вода или пена категорически противопоказаны: например, при пожарах в центрах обработки данных или на электростанциях используется газ (обычно углекислый) или порошок.

Как потушить огонь... молнией
Людовико Кадемартири, адъюнкт-профессор факультета материаловедения Университета штата Айова, научный сотрудник Лаборатории министерства энергетики США в Эймсе: «Контроль пламени с помощью электрических полей весьма перспективен в тех случаях, когда традиционные технологии с пожаротушением справляются плохо: например, пожары в тесных внутренних помещениях кораблей или самолетов. Эта технология особенно пригодится в тех случаях, когда нам нужно не гасить огонь, а именно управлять им, — в двигателях внутреннего сгорания, на ТЭС, в горелках газовой сварки и резки».

А уж конструкции из современных легких сплавов — это настоящий кошмар для пожарных: горящий магний способен успешно извлекать необходимый для горения кислород из воды или углекислого газа. Прибавьте к этому сложность и тесноту, скажем, внутренних помещений кораблей и самолетов — и вот он, настоящий ад. Приведем только один пример: в мае 2008 года на борту американского авианосца «Джордж Вашингтон» начался пожар, который нанес ущерб на $70 млн, поскольку его не могли потушить в течение 12 часов.

Физика вместо химии

В том же 2008 году американское Агентство оборонных инициатив совместно с министерством энергетики объявили о начале финансирования исследовательского проекта IFS (Instant Fire Suppression, «Быстрое подавление огня»), в рамках которого планировалось разработать принципиально новые подходы к тушению пожаров.

Работающие по проекту IFS исследователи сосредоточились не на экзотермической химической реакции, а на том, что с точки зрения физики пламя представляет собой плазму, то есть ионизованный газ. В рамках IFS рассматривались два основных подхода к управлению огнем — электромагнитное и акустическое воздействие.

Как потушить огонь... молнией

То, что пламя реагирует на электрическое поле, известно уже почти двести лет, но только в 2011 году этот эффект решили использовать в полезных целях. На ежегодной конференции Американского химического общества группа исследователей под руководством профессора химии Гарварда Джорджа Уайтсайдса продемонстрировала, как пламя при поднесении электрода, к которому приложено переменное высокое напряжение, изгибается, будто пытаясь отпрянуть, а потом и вовсе гаснет, оторванное от «пищи» электрическими силами: «Причина в том, что пламя — это плазма, то есть ионизованный газ, к тому же содержащий заряженные частицы, такие как сажа, — говорит соавтор работы Людовико Кадемартири. — Нам удалось потушить пламя горящего метана площадью около 10 см², используя достаточно компактный бытовой источник напряжения мощностью около 600 Вт».

Громко крикнуть

Агентство DARPA рассматривало в программе IFS еще один подход — акустический. Оказывается, акустические волны, излучаемые динамиками, вполне способны погасить кювету с горящим жидким топливом. Как выяснили исследования, в основе этого эффекта лежат две основные причины. Во‑первых, акустические колебания увеличивают скорость воздушных потоков и тем самым уменьшают толщину поверхностного слоя, где происходит горение. Во‑вторых, акустические волны воздействуют и на саму поверхность жидкого топлива, увеличивая скорость испарения, что увеличивает площадь горения… но, с другой стороны, понижает температуру пламени. А это дает возможность сбить пламя при воздействии определенных акустических частот.

Как потушить огонь... молнией
В экспериментах, проведенных группой ученых Химического факультета Гарвардского университета, метановая горелка помещалось между двумя электродами, экранированными стеклянной изоляцией. На электроды подавалось электрическое напряжение, создававшее в пространстве электрическое поле напряженностью 75 кВ/м. На левой картинке показано поведение пламени, снятое с помощью шлирен-фотографии (метод визуализации фазовых искажений в прозрачных средах) при подаче постоянного напряжения на электроды. На правой — пламя под воздействием переменного напряжения (800 Гц): «ионный» ветер разрывает пламя, сдувая его с горящих материалов.

Дело будущего

Конечно, пока эти эксперименты очень далеки от практического воплощения и больше напоминают цирковые фокусы. «Пока что мы умеем гасить только спички в пепельнице и отклонять пламя, — говорит Мэтью Гудман, менеджер программы IFS со стороны DARPA. — Масштабирование этих эффектов — очень сложная задача». Но первый шаг к тому, чтобы в будущем иметь возможность гасить начавшийся пожар одним нажатием электрического выключателя, уже сделан.

Статья «Гром и молния против огня» опубликована в журнале «Популярная механика»
(№9, Сентябрь 2013).

Источник: popmech.ru

Оставить комментарий

Ваш email нигде не будет показан