เปลวไฟเย็นคือเปลวไฟที่มีอุณหภูมิโดยทั่วไปประมาณ 400 °C (752 °F) ^{[ 1 ]}ตรงกันข้ามกับเปลวไฟร้อนทั่วไป ปฏิกิริยาไม่รุนแรงและปล่อยความร้อน แสง หรือคาร์บอนไดออกไซด์ ออกมาน้อย เปลวไฟเย็นสังเกตได้ยากและไม่ค่อยพบเห็นในชีวิตประจำวัน แต่เป็นสาเหตุของการเกิดเสียงเคาะของเครื่องยนต์ซึ่งเป็นการเผาไหม้ที่ไม่พึงประสงค์ ผิดปกติ และมีเสียงดังของ เชื้อเพลิงออก เทนต่ำในเครื่องยนต์สันดาปภายใน^{[ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]}

เปลวไฟเย็นถูกค้นพบโดยบังเอิญในช่วงทศวรรษ 1810 โดยเซอร์ฮัมฟรี เดวีผู้ซึ่งเสียบลวดแพลทินัมร้อนลงในส่วนผสมของอากาศและไอระเหยของไดเอทิลอีเทอร์ “เมื่อทำการทดลองการเผาไหม้ช้าของอีเทอร์ในที่มืด จะเห็นแสงฟอสฟอเรสเซนต์จางๆ เหนือลวด ซึ่งแน่นอนว่าเห็นได้ชัดเจนที่สุดเมื่อลวดไม่ติดไฟ ปรากฏการณ์นี้เกี่ยวข้องกับการก่อตัวของสารระเหยที่มีรสเผ็ดร้อนและมีคุณสมบัติเป็นกรด” ^{[ 5 ] : 79} หลังจากสังเกตเห็นว่าเปลวไฟบางประเภทไม่ทำให้มือเขาไหม้หรือจุดไม้ขีดไฟ เขายังพบว่าเปลวไฟที่ผิดปกติเหล่านั้นสามารถเปลี่ยนเป็นเปลวไฟร้อนได้ และที่องค์ประกอบและอุณหภูมิบางอย่าง เปลวไฟเหล่านั้นไม่ต้องการแหล่งจุดไฟภายนอก เช่น ประกายไฟหรือวัสดุร้อน^{[ 2 ] [ 5 ] [ 6 ]}

แฮร์รี จูเลียส เอเมเลอุสเป็นคนแรกที่บันทึกสเปกตรัมการปล่อยแสง และในปี พ.ศ. 2462 เขาได้บัญญัติศัพท์ว่า "เปลวไฟเย็น" ^{[ 7 ] [ 8 ]}

Cool flames can occur in hydrocarbons, alcohols, aldehydes, oils, acids, waxes,^[9] and even methane. The lowest temperature of a cool flame is poorly defined and is conventionally set as a temperature at which the flame can be detected by eye in a dark room (cool flames are hardly visible in daylight). This temperature slightly depends on the fuel to oxygen ratio and strongly depends on gas pressure – there is a threshold below which cool flame is not formed. A specific example is 50% n-butane–50% oxygen (by volume) which has a cool flame temperature (CFT) of about 300 °C (572 °F) at 165 mmHg (22.0 kPa). One of the lowest CFTs (156 °C (313 °F)) was reported for a C₂H₅OC₂H₅ + O₂ + N₂ mixture at 300 mmHg (40 kPa).^[10] The CFT is significantly lower than the auto-ignition temperature (AIT) of conventional flame (see table^[8]).^[2]

The spectra of cool flames consist of several bands and are dominated by the blue and violet ones – thus the flame usually appears pale blue.^[11] The blue component originates from the excited state of formaldehyde (CH₂O*) which is formed via chemical reactions in the flame:^[8]

A cool flame does not start instantaneously after the threshold pressure and temperature are applied, but has an induction time. The induction time shortens and the glow intensity increases with increasing pressure. With increasing temperature, the intensity may decrease because of the disappearance of peroxy radicals required for the above glow reactions.^[8]

Self-sustained, stable cool diffusion flames have been established by adding ozone into oxidizer stream.^[12]

ในขณะที่ในเปลวไฟร้อน โมเลกุลจะแตกตัวเป็นชิ้นส่วนเล็กๆ และรวมตัวกับออกซิเจน ทำให้เกิดคาร์บอนไดออกไซด์ (เช่น การเผาไหม้) แต่ในเปลวไฟเย็น ชิ้นส่วนจะมีขนาดค่อนข้างใหญ่และรวมตัวกันได้ง่าย ดังนั้นจึงมีการปล่อยความร้อน แสง และคาร์บอนไดออกไซด์ออกมาน้อยกว่ามาก กระบวนการเผาไหม้แบบผสมล่วงหน้าเป็นแบบสั่น และสามารถคงอยู่ได้เป็นเวลานาน อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นโดยทั่วไปเมื่อจุดติดเปลวไฟเย็นจะอยู่ที่ประมาณไม่กี่สิบองศาเซลเซียส ในขณะที่เปลวไฟร้อนจะอยู่ที่ประมาณ 1,000 °C (1,830 °F) ^{[ 2 ] [ 13 ]}

ข้อมูลการทดลองส่วนใหญ่สามารถอธิบายได้ด้วยแบบจำลองที่พิจารณาเปลวไฟเย็นว่าเป็นปฏิกิริยาเคมี ช้าๆ โดยที่อัตราการสร้างความร้อนสูงกว่าการสูญเสียความร้อน แบบจำลองนี้ยังอธิบายลักษณะการแกว่งของเปลวไฟเย็นแบบผสม ล่วงหน้าได้อีกด้วย กล่าว คือ ปฏิกิริยาจะเร่งขึ้นเมื่อสร้างความร้อนมากขึ้นจนกระทั่งการสูญเสียความร้อนมีนัยสำคัญและดับกระบวนการลงชั่วคราว^{[ 11 ]}

ต่างจากเปลวไฟผสมเย็นเปลวไฟแพร่กระจาย เย็น (CDF) จะลุกไหม้ในสภาวะที่มีการไล่ระดับอัตราส่วนสมดุล CDF ถูกสังเกตครั้งแรกในปี 2012 ในการทดลองหยดน้ำบนสถานีอวกาศนานาชาติ^{[ 14 ]} ตั้งแต่นั้นมา CDF ก็ถูกสังเกตในเปลวไฟทรงกลมในสภาวะไมโครกราวิตี้ที่เผาไหม้หยดน้ำและก๊าซ^{[ 15 ]}และในเปลวไฟแบบไหลสวนทางในสภาวะแรงโน้มถ่วงปกติ^{[ 12 ]}และเปลวไฟแบบแบ่งชั้น^{[ 16 ]}

เปลวไฟเย็นอาจทำให้เกิดการน็อคของเครื่องยนต์ซึ่งเป็นการเผาไหม้ที่ไม่พึงประสงค์ ไม่สม่ำเสมอ และมีเสียงดังของเชื้อเพลิงออกเทนต่ำในเครื่องยนต์สันดาปภายใน^{[ 2 ]}ในเครื่องยนต์จุดระเบิดด้วยประกายไฟทั่วไป เปลวไฟที่ร้อนและผสมล่วงหน้าจะเคลื่อนที่อย่างราบรื่นในห้องเผาไหม้จากหัวเทียน อัดส่วนผสมเชื้อเพลิง/อากาศที่อยู่ข้างหน้า อย่างไรก็ตาม การเพิ่มขึ้นของความดันและอุณหภูมิที่เกิดขึ้นพร้อมกันอาจทำให้เกิดเปลวไฟเย็นในส่วนผสมเชื้อเพลิง-อากาศที่ยังไม่ถูกเผาไหม้ส่วนสุดท้าย (ที่เรียกว่าก๊าซส่วนท้าย) และมีส่วนร่วมในการจุดระเบิดเองของก๊าซส่วนท้าย

การปล่อยความร้อนเฉพาะจุดอย่างฉับพลันนี้ก่อให้เกิดคลื่นกระแทกซึ่งเคลื่อนที่ผ่านห้องเผาไหม้ การเพิ่มขึ้นของความดันอย่างฉับพลันทำให้เกิดเสียงเคาะที่ได้ยินได้ชัดเจน ที่แย่กว่านั้นคือ คลื่นกระแทกจะรบกวนชั้นขอบเขต ความร้อน บนพื้นผิวลูกสูบ ทำให้เกิดความร้อนสูงเกินไปและในที่สุดก็ละลาย กำลังขับลดลง และหากไม่ตัดคันเร่ง (หรือภาระ) อย่างรวดเร็ว เครื่องยนต์อาจเสียหายได้ตามที่อธิบายไว้ในอีกไม่กี่นาที ความไวของเชื้อเพลิงต่อการจุดระเบิดด้วยเปลวไฟเย็นนั้นขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ ความดัน และองค์ประกอบอย่างมาก

การเริ่มต้นของเปลวไฟเย็นในกระบวนการน็อคมีแนวโน้มที่จะเกิดขึ้นเฉพาะในสภาวะการทำงานที่มีการเร่งเครื่องสูงเท่านั้น เนื่องจากสังเกตเห็นเปลวไฟเย็นที่ความดันต่ำ ภายใต้สภาวะการทำงานปกติ การจุดระเบิดเองเกิดขึ้นโดยไม่ต้องถูกกระตุ้นด้วยเปลวไฟเย็น ในขณะที่อุณหภูมิและความดันของการเผาไหม้ส่วนใหญ่ถูกกำหนดโดยเครื่องยนต์ องค์ประกอบสามารถควบคุมได้โดยสารเติมแต่งป้องกันการน็อคต่างๆ สารเติมแต่งเหล่านี้มีจุดมุ่งหมายหลักในการกำจัดอนุมูลอิสระ (เช่น CH ₂ O* ที่กล่าวถึงข้างต้น) ซึ่งจะช่วยยับยั้งแหล่งที่มาหลักของเปลวไฟเย็น^{[ 17 ]}

• ไฟ
• เปลวไฟ
• พลาสมา (ฟิสิกส์)

• ปีเตอร์ เกรย์; สตีเฟน เค. สก็อตต์ (1994). การแกว่งตัวและความไม่เสถียรทางเคมี: จลนศาสตร์ทางเคมีแบบไม่เชิงเส้น . สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยออกซ์ฟอร์ด. หน้า 429 เป็นต้นไป. ISBN 0-19-855864-3.- คำอธิบายเกี่ยวกับลักษณะการสั่นของเปลวไฟเย็น