Udnyttelse af kraften fra ildhvirvler

Forskere ved University of Maryland Department of Fire Protection Engineering (FPE) har offentliggjort en gennemgang af 'ildhvirvler' - en kraftig hvirvel af hvirvlende flammer, ofte den ødelæggende kraft i by- og vildmarkbrande - i Årlig gennemgang af væskemekanik . Deres størrelse, uforudsigelig natur, og evne til at fremdrive brændende gløder (dvs. ildsjæle) langt op i luften giver mange grunde til at studere dem, alligevel er disse hvirvlende flammer stadig dårligt forstået.

Anmeldelsen – medforfatter af FPE postdoc Ali Tohidi og Huahua Xiao, en forskningsassistent ved Institut for Luftfartsteknik (AE) – dækker udviklingen af ​​feltet, nuværende forståelse, og en fremtidig retning for forskning.

Artiklen begynder med en oversigt over de indflydelsesrige faktorer, der styrer ildhvirveldynamikken, såsom vindhastighed, temperatur, cirkulationseffekter, og brændstoftype. Ildhvirvler dannes typisk i laboratoriet af vægge eller ventilatorer; imidlertid, en række forskellige forhold er blevet observeret til at danne ildhvirvler i naturen, hvor de kan nå over 1, 000 fod høj med temperaturer over 2, 000 grader Fahrenheit. Almindelige forhold for ildhvirveldannelse inkluderer vind over en L-formet ild, på den beskyttede side af en skråning, og nedstrøms for en stor brandrøg. Der er tre afgørende kriterier for dannelsen af ​​alle hvirvler:en brandkilde, en hvirvlende mekanisme (såsom vind eller forhindringer), og en friktionskraft i bunden til dannelse af grænselag.

Cirkulation - et mål for rotationen af ​​væskepartikler (inden for en lukket kontur) omkring deres massecenter - er den vigtigste faktor, der adskiller ildhvirvler fra ikke-hvirvlende ild. I en ildhvirvel, højden af ​​flammerne og ildens brændhastighed vokser dramatisk - de mekanismer, der er ansvarlige for disse funktioner, er stadig under debat. I øvrigt, rækken af ​​forhold, der er ansvarlige for dannelse af ildhvirvler, er endnu ikke fuldt ud forstået.

"Selvom denne publikation har givet en bred gennemgang af feltet, nødvendigt for den fremtidige udvikling, " sagde Michael Gollner, FPE lektor og principal investigator (PI) om gennemgangen, "der er stadig meget at gøre med hensyn til at forstå, hvordan ildhvirvler dannes, deres indre struktur, og virkningerne af den rolle, de spiller under ekstreme brande."

Tohidi tilføjede, "Det mest spændende ved denne anmeldelse er de mange muligheder for fremtidig forskning og udvikling. Anvendelse af nye numeriske modeller vil åbne vores øjne for alle de fascinerende mekanismer, der opstår i ildhvirvler, som kunne bruges i fremtiden til at udnytte deres intensitet til mere effektiv forbrænding."

Den 'blå hvirvel, ' en nylig opdagelse i UMD A. James Clark School of Engineering, giver netop sådan en mulighed. Xiao, Gollner, og Elaine Oran (AE-professor) opdagede det sodfrie fænomen, som inspirerede brugen af ​​ildhvirvler til at give en mere effektiv løsning til oprydning af olieudslip og, potentielt, ren forbrænding. Hvis denne form for forbrænding kunne gentages i større skala, det kunne væsentligt forbedre effektiviteten af ​​direkte afbrænding af flydende brændstoffer. Gollner og Oran har for nylig modtaget finansiering fra Bureau of Safety and Environmental Enforcement (BSEE) Oil Spild Preparedness Division til at fortsætte deres undersøgelse af brandhvirvler specifikt til olieudslipsoprensning.