科学家制出无烟尘的美丽“蓝色火旋风” 比蓝色烟花强多了

时间：2020-08-13 08:49:46来源：澎湃新闻

蓝色烟花美丽又危险，而美国马里兰大学的科学家们，几年前在实验室里偶然制出了一种“蓝色火旋风”，却安静又清洁。

8月13日，一篇发表在《科学-进展》(Science Advances)上的论文对这种“蓝色火旋风”(Blue Whirl)的构造和动态变化进行了后续解析，发现瑰丽的蓝环实际上是由3个结构不同的火焰组成。

火旋风又叫“火怪”，当空气的温度和热能梯度满足某些条件，火苗形成一个垂直的漩涡，旋风般直刺天空，容易在大城市和山区引发巨大灾害。

国际著名爆轰专家、美国工程院院士、马里兰大学教授Elaine S。 Oran带队进行水上液烃燃料火旋风实验时，偶然发现了一种小型、无烟尘的蓝色火旋风。

在短短几秒钟之内，1米高的火旋风自行演化出一系列过渡，随后，混乱、汹涌的黄色火旋风变成了安静、片状的蓝色火旋风。

蓝色火焰表明温度更高，因此燃烧更快、更彻底，几乎无烟尘。相比起来，常规的黄色火焰是没有充分燃烧的结果。

在实验中，研究人员注意到蓝色火旋风稳定下来后，有时候会突然“跳跃”一下，此时，中间就会出现一个黄色的气泡状结构。这令瑰丽蓝环中间复杂的气流结构变得更令人着迷。

尽管此后的进一步研究绘制了蓝色火旋风的温度图，分析其稳定下来的机制，但火焰构造和演化成因悬而未解。

在此次发表的新论文中，Elaine S。 Oran团队为模拟蓝涡旋如何出现，研究人员将描述粘性流体物质移动的 3D、时变方程与燃料转换和化学能释放模型进行耦合。他们首先模拟实验条件，接着在计算过程中对物理参数(诸如燃料和空气的规格和速度)进行微调，直至蓝色火旋风出现。

结果显示，这幽幽蓝火有 3 种结构不同的火焰组分：弥散焰(燃料和助燃物在燃烧前是分开的)、预混合富焰(有过量燃料)和贫焰(有过量空气)。三者共同盘旋成为一个离奇的蓝环。

有了这些关于内在结构与发生条件的信息，科学家们未来或许能够跳过危险的传统火旋风阶段，直接制成神奇的蓝色火旋风，并将其安全扩放到更大的规模。

论文团队写道：“只有了解它的结构，我们才能制伏、缩放及随心所欲地创建它。”

毕竟，这种神奇火焰燃烧高效、低排放，具有令人憧憬的应用潜力。例如，如果安全可控，它可以快速又环保地处理海上漏油事故。

论文结尾给蓝色火旋风提出了展望性的问题：它是否能无围栏燃烧？可否多个涡旋一起工作？它可以做推进装置吗？任何能高效、清洁地烧掉液态烃的东西都很诱人。