"Blå hvirvler" - små, snurrende blå flammer, der næsten ikke producerer sod, når de brænder - har tiltrukket sig stor interesse siden deres opdagelse i 2016, blandt andet fordi de repræsenterer en potentiel ny vej til lavemissionsforbrænding.
Nu har et team af forskere ved University of Maryland og Texas A&M University identificeret, hvordan disse spændende hvirvler er struktureret. Deres resultater blev offentliggjort i det peer-reviewede tidsskrift Science Advances den 12. august 2020.
Teamet omfatter nu uddannede UMD-ph.d.-studerende til rumfartsingeniør Joseph D. Chung og Xiao Zhang, der arbejder sammen med professor Elaine S. Oran, som er TEES Eminent Research Professor ved Texas A&M University og tidligere Glenn L. Martin professor ved UMD's A. James Clark School of Engineering, og Dr. Carolyn R. Kaplan fra instituttet of Aerospace Engineering ved UMD.
Ved brug af højtydende computermetoder ved University of Marylands Deepthought2-klynge og andre computersystemer viste forskerne, at en blå hvirvel er sammensat af tre forskellige flammer - en diffusionsflamme og en forblandet rig og mager flamme - alle som mødes i en fjerde struktur, en tredobbelt flamme, der fremstår som en hvirvlende blå ring. Forskerne fandt også ud af, at hvirvelnedbrydning - en væskeustabilitet, der opstår i hvirvlende strømme - gør det muligt for den blå hvirvelstruktur at opstå.
"Den flamme- og strømningsstruktur, der afsløres af simuleringerne, tjener som en grundlæggende base for yderligere at undersøge, hvordan man skaber den blå hvirvel på en mere kontrolleret måde," sagde Zhang. "Det leder veje til at besvare mere komplekse spørgsmål."
"Eksempler på sådanne spørgsmål er: Hvordan kan vi skabe blå hvirvler i forskellige skalaer? Kan vi omgå overgangsfasen, sodet, farlige ildhvirvler og skabe den stabile og rene blå hvirvel direkte? De nyudviklede algoritmer og modeller giver også fantastiske udforskningsværktøjer til at finde disse svar," sagde Chung.
Blå hvirvler blev oprindeligt opdaget i 2016 af Oran i samarbejde med professor Michael Gollner, tidligere fra Department of Fire Protection Engineering og nu ved University of California, Berkeley, og professor Huahua Xiao, tidligere i Department of Aerospace Engineering på UMD og nu på University of Science and Technology i Hefei, Kina. På det tidspunkt undersøgte de opførselen af et kendt fænomen - ildhvirvelen, også kendt som brandtornado - når den opstår på en vandbase.
"Blå hvirvler udvikler sig fra traditionelle gule ildhvirvler," sagde Oran. "Den gule farve skyldes udstrålende sodpartikler, som dannes, når der ikke er nok ilt til at forbrænde brændstoffet fuldstændigt."
"Blå i hvirvelen indikerer, at der er nok ilt til fuldstændig forbrænding, hvilket betyder mindre eller ingen sod, og er derfor en renere forbrænding. Vi ved nu, at blå hvirvel vil forbrænde alt det tilgængelige brændstof, når det kommer ud af en brænder eller fra en overflade."
