Abstract Microgravity experiments of polyethylene (PE) droplet combustion were conducted by a 3.6-s drop tower with the gravity level of 10−3~10−4 g to investigate the burning behaviors and fire hazards of molten thermoplastics in the spacecraft. Pre-ignited droplets with a diameter of about 3 mm were continually generated and detached from burning PE tubes. Once the drop capsule started free-fall, droplets entered the microgravity environment with an initial velocity of 10–35 cm/s (Stage I). A comet-shape flame with an intense bubbling and ejecting process of the moving droplet was observed, and the burning-rate constant (K) was found around 2.6 ± 0.3 mm2/s. After the droplet landed on the floor, it could rebound with a near-zero velocity, showing as a spherical flame (Stage II). The combustion of PE droplet followed the classical d-square law with K = 1.3 ± 0.1 mm2/s. The measured large burning-rate constant (or the volume shrinkage rate) of the moving droplet was caused by the robust bubbling process, which reduced the bulk density of molten PE and ejected unburnt fuel (about 25% of total mass loss). However, the actual mass burning rate of the PE droplet should be smaller than most hydrocarbon liquids because of a smaller mass-transfer number (B ≈ 2). The flame burning rate of PE droplet is 4 ± 1 g/m2-s per unit flame-sheet area that may be used to estimate the fuel mass-loss rate and fire heat release rate in microgravity. This novel microgravity combustion experiment on the thermoplastic droplet could expand the physical understanding of fire risk and hazard of plastic material in the spacecraft environment.

中文翻译：

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聚乙烯液滴在落塔中的微重力燃烧

摘要 聚乙烯（PE）液滴燃烧的微重力实验在重力水平为10-3~10-4 g的3.6-s落塔上进行，以研究航天器中熔融热塑性塑料的燃烧行为和火灾危害。直径约 3 毫米的预燃液滴不断产生，并从燃烧的 PE 管上分离。一旦液滴胶囊开始自由下落，液滴以 10-35 cm/s 的初始速度进入微重力环境（第一阶段）。观察到彗星状火焰，运动液滴剧烈起泡和喷射过程，燃烧速率常数 (K) 约为 2.6 ± 0.3 mm2/s。液滴落在地板上后，它可以以接近零的速度反弹，显示为球形火焰（第二阶段）。PE 液滴的燃烧遵循经典的 d 平方定律，K = 1.3 ± 0.1 mm2/s。测得的移动液滴的大燃烧速率常数（或体积收缩率）是由强大的鼓泡过程引起的，这降低了熔融 PE 的体积密度和喷射的未燃烧燃料（约占总质量损失的 25%）。然而，PE 液滴的实际质量燃烧率应小于大多数烃类液体，因为传质数较小 (B ≈ 2)。PE 液滴的火焰燃烧率为每单位火焰片面积 4 ± 1 g/m2-s，可用于估算微重力条件下的燃料质量损失率和火焰放热率。这种新型的热塑性液滴微重力燃烧实验可以扩展对航天器环境中塑料材料的火灾风险和危害的物理理解。3 ± 0.1 平方毫米/秒。测得的移动液滴的大燃烧速率常数（或体积收缩率）是由强大的鼓泡过程引起的，这降低了熔融 PE 的体积密度和喷射的未燃烧燃料（约占总质量损失的 25%）。然而，PE 液滴的实际质量燃烧率应小于大多数烃类液体，因为传质数较小 (B ≈ 2)。PE 液滴的火焰燃烧率为每单位火焰片面积 4 ± 1 g/m2-s，可用于估算微重力条件下的燃料质量损失率和火焰放热率。这种新型的热塑性液滴微重力燃烧实验可以扩展对航天器环境中塑料材料的火灾风险和危害的物理理解。3 ± 0.1 平方毫米/秒。测得的移动液滴的大燃烧速率常数（或体积收缩率）是由强大的鼓泡过程引起的，这降低了熔融 PE 的体积密度和喷射的未燃烧燃料（约占总质量损失的 25%）。然而，PE 液滴的实际质量燃烧率应小于大多数烃类液体，因为传质数较小 (B ≈ 2)。PE 液滴的火焰燃烧率为每单位火焰片面积 4 ± 1 g/m2-s，可用于估算微重力条件下的燃料质量损失率和火焰放热率。这种新型的热塑性液滴微重力燃烧实验可以扩展对航天器环境中塑料材料的火灾风险和危害的物理理解。测得的移动液滴的大燃烧速率常数（或体积收缩率）是由强大的鼓泡过程引起的，这降低了熔融 PE 的体积密度和喷射的未燃烧燃料（约占总质量损失的 25%）。然而，PE 液滴的实际质量燃烧率应小于大多数烃类液体，因为传质数较小 (B ≈ 2)。PE 液滴的火焰燃烧率为每单位火焰片面积 4 ± 1 g/m2-s，可用于估算微重力条件下的燃料质量损失率和火焰放热率。这种新型的热塑性液滴微重力燃烧实验可以扩展对航天器环境中塑料材料的火灾风险和危害的物理理解。测得的移动液滴的大燃烧速率常数（或体积收缩率）是由强大的鼓泡过程引起的，这降低了熔融 PE 的体积密度和喷射的未燃烧燃料（约占总质量损失的 25%）。然而，PE 液滴的实际质量燃烧率应小于大多数烃类液体，因为传质数较小 (B ≈ 2)。PE 液滴的火焰燃烧率为每单位火焰片面积 4 ± 1 g/m2-s，可用于估算微重力条件下的燃料质量损失率和火焰放热率。这种新型的热塑性液滴微重力燃烧实验可以扩展对航天器环境中塑料材料的火灾风险和危害的物理理解。这降低了熔融 PE 的体积密度并喷射出未燃烧的燃料（约占总质量损失的 25%）。然而，PE 液滴的实际质量燃烧率应小于大多数烃类液体，因为传质数较小 (B ≈ 2)。PE 液滴的火焰燃烧率为每单位火焰片面积 4 ± 1 g/m2-s，可用于估算微重力条件下的燃料质量损失率和火焰放热率。这种新型的热塑性液滴微重力燃烧实验可以扩展对航天器环境中塑料材料的火灾风险和危害的物理理解。这降低了熔融 PE 的体积密度并喷射出未燃烧的燃料（约占总质量损失的 25%）。然而，PE 液滴的实际质量燃烧率应小于大多数烃类液体，因为传质数较小 (B ≈ 2)。PE 液滴的火焰燃烧率为每单位火焰片面积 4 ± 1 g/m2-s，可用于估算微重力条件下的燃料质量损失率和火焰放热率。这种新型的热塑性液滴微重力燃烧实验可以扩展对航天器环境中塑料材料的火灾风险和危害的物理理解。PE 液滴的火焰燃烧率为每单位火焰片面积 4 ± 1 g/m2-s，可用于估算微重力条件下的燃料质量损失率和火焰放热率。这种新型的热塑性液滴微重力燃烧实验可以扩展对航天器环境中塑料材料的火灾风险和危害的物理理解。PE 液滴的火焰燃烧率为每单位火焰片面积 4 ± 1 g/m2-s，可用于估算微重力条件下的燃料质量损失率和火焰放热率。这种新型的热塑性液滴微重力燃烧实验可以扩展对航天器环境中塑料材料的火灾风险和危害的物理理解。