Ett exempel på en eldvirvel. Kredit:A. James Clark School of Engineering, University of Maryland
Forskare vid University of Maryland Department of Fire Protection Engineering (FPE) har publicerat en recension av "eldvirvlar" - en kraftfull virvel av virvlande lågor, ofta den destruktiva kraften i stads- och vildmarkbränder - i Årlig översyn av vätskemekanik . Deras storlek, oförutsägbar natur, och förmåga att driva fram brinnande glöd (dvs. eldmärken) långt upp i luften har många skäl att studera dem, men dessa virvlande lågor är fortfarande dåligt förstådda.
Granskningen – medförfattare av FPE postdoc Ali Tohidi och Huahua Xiao, en Institutionen för flygteknik (AE) forskningsassistent - täcker utvecklingen av fältet, nuvarande förståelse, och en framtida riktning för forskning.
Tidningen börjar med en översikt över de inflytelserika faktorerna som styr eldens dynamik, som vindhastighet, temperatur, cirkulationseffekter, och bränsletyp. Eldvirvlar bildas vanligtvis i laboratoriet av väggar eller fläktar; dock, en mängd olika förhållanden har observerats för att bilda eldvirvlar i naturen, där de kan nå över 1, 000 fot hög med temperaturer över 2, 000 grader Fahrenheit. Vanliga förhållanden för eldvirvelbildning inkluderar vindar över en L-formad eld, på den skyddade sidan av en sluttning, och nedströms en stor brandplym. Det finns tre kriterier som är avgörande för bildandet av alla virvlar:en brandkälla, en virvlande mekanism (som vind eller hinder), och en friktionskraft i botten för bildning av gränsskikt.
Cirkulation-ett mått på rotationen av vätskepartiklar (inom en sluten kontur) runt deras masscentrum-är den viktigaste faktorn som sätter igång virvlar från icke-virvlande bränder. I en eldvirvel, höjden på lågorna och eldens förbränningshastighet ökar dramatiskt – de mekanismer som är ansvariga för dessa egenskaper är fortfarande under debatt. Dessutom, Utbudet av förhållanden som är ansvariga för att bilda eldvirvlar är ännu inte helt förstått.
"Medan den här publikationen har gett en bred recension av området, nödvändig för framtida utveckling, sa Michael Gollner, FPE docent och huvudutredare (PI) om granskningen, "det finns fortfarande mycket kvar att göra för att förstå hur eldvirvlar bildas, deras inre struktur, och effekterna av den roll de spelar under extrema bränder."
Tohidi lade till, "Det som är mest spännande med den här recensionen är de många möjligheterna för framtida forskning och utveckling. Tillämpning av nya numeriska modeller kommer att öppna våra ögon för alla fascinerande mekanismer som förekommer inom eldvirvlar, som skulle kunna användas i framtiden för att utnyttja deras intensitet för effektivare förbränning."
Den blå virveln, ' en nyligen upptäckt vid UMD A. James Clark School of Engineering, ger just en sådan möjlighet. Xiao, Gollner, och Elaine Oran (AE-professor) upptäckte det sotfria fenomenet, som inspirerade användningen av brandvirvlar för att tillhandahålla en mer effektiv lösning för sanering av oljeutsläpp och, potentiellt, ren förbränning. Om denna form av förbränning kunde replikeras i större skala, det skulle avsevärt kunna förbättra effektiviteten för direkt förbränning av flytande bränslen. Gollner och Oran har nyligen fått finansiering från Bureau of Safety and Environmental Enforcement (BSEE) Oil Spill Preparedness Division för att fortsätta sin studie av brandvirvlar specifikt för sanering av oljeutsläpp.