巨大的火龍捲風可以更快清理漏油，同時減少污染

燃燒油是一種稱為點燒的技術，可以防止斑點擴大。然而，它也會產生濃密的黑煙雲，將煙灰釋放到大氣中，並在海洋表面留下一層未燃燒的殘骸。

現在，研究人員展示了一種令人驚訝的新方法，可以使這一過程更加有效。在此類首次大規模研究中，科學家們創造了巨型煙火，旋轉的火焰柱類似於熾熱的龍捲風，並發現它們比傳統方法燃燒油更快、更乾淨。

旋轉的渦流吸入大量氧氣，產生更熱、更有效率的火焰。結果，火災螺旋更快地消耗了石油，同時產生的污染也少得多。

該研究得到了安全與環境執法局 (BSEE) 的支持，由德州農工大學的 Eileen Oran 博士和王慶生博士以及加州大學柏克萊分校的 Michael Gollner 博士領導。

「這是第一次有人設想使用火渦來解決石油洩漏問題，而這實際上只是一個開始，」工程學院航空航天工程教授烏蘭說。 “我們的目標是利用火渦的混亂性質作為強大而精確的恢復工具，以保護海岸線、海洋生態系統和整個環境。”

更快、更乾淨的方式來應對石油洩漏

該研究為應對最具破壞性的環境緊急情況之一提供了非常規策略。

2010 年毀滅性的深水地平線災難仍然有力地提醒人們海上石油洩漏可能造成的影響。這起事故是美國史上最大規模的海洋漏油事件，造成 11 名工人死亡，奪走了數千隻海洋動物的生命，並對海洋生態系統造成了廣泛破壞。

烏蘭說：“我們關注石油洩漏等環境災難，並找出以更快、更環保和更可持續的方式解決這些問題的方法。”

速度是火漩渦最有前途的優勢之一。

研究人員稱，火漩渦燃燒原油的速度幾乎是傳統現場火浴的兩倍。更快地清除石油可以為響應團隊帶來決定性的優勢，使他們能夠在洩漏擴散到敏感棲息地和沿海受保護地區之前消除洩漏。

烏蘭說：“火渦燃燒原油洩漏的速度幾乎是現場火池的兩倍，這可以讓清理人員更快地操作和響應，以防止石油擴散。”

這項技術還可以減少燃燒石油的最大缺點之一：煙霧。

奧蘭說：“燃燒漏油的最大挑戰之一是釋放出大量的煙霧。” “我們的結果表明，與現場火災相比，火災漩渦可顯著減少總體排放量。”

旋轉的火焰就像一個巨大的焚化爐，摧毀了許多產生濃煙的分子。這個過程也會蒸發大部分油，然後將其作為有毒的焦油狀殘留物留在水面上。

這些發現的應用可能超出了漏油應對措施。更了解火渦的形成和行為可以幫助工程師開發更有效率的燃燒系統並改善預測和管理野火​​的工作。

「我們的研究具有全球應用，」奧蘭說。 “通過了解控制火渦的物理定律，我們可以利用它們的力量，而不僅僅是處理石油洩漏。”

建造一個 17 英尺高的火焰螺旋

之前大多數對火漩渦的研究都是在實驗室中進行的，規模也小得多。

為了探索這種現像是否有助於清理現實世界中的石油洩漏，研究小組設計了一個足夠大的實驗來模擬更現實的條件。

烏蘭說：“我們的實驗規模是我們的研究如此獨特的原因之一，也是同類研究中的第一個。”

研究人員建造了一個 16 英尺長的三壁三角形結構，這使他們能夠精確控制氣流。在中心，他們放置了一個1.5米寬的漂浮在水面上的原油池。

在德克薩斯 A&M 工程推廣服務中心 (TEEX) 布萊頓消防訓練場點燃後，該裝置產生了強大的火焰螺旋，高度達到約 17 英尺。

結果發表於 燃料與傳統的燃油技術相比，它顯示出顯著的改進。

「與現場火災測試相比，火焰渦流燃燒燃油的速度加快了 40%，煙灰排放量減少了 40%，燃油效率高達 95%，」Uran 說。

找到火螺旋的「金髮姑娘」區域

儘管火漩渦的性能令人印象深刻，但它並不容易控制。

「火漩渦非常強大，而且非常有用，」奧蘭說。 “但它也很脆弱，只有在條件合適的情況下才能達到高效率。”

強風會使豎井不穩定或導致其完全倒塌。氣流控制不足會阻止渦流形成，使火災看起來像傳統的燃燒。

研究人員也發現，油層的厚度也扮演著重要角色。當火點變得很深的時候，火漩渦還沒有消耗完所有的燃料就熄滅了。

研究人員將這種狹窄的理想條件範圍稱為「金髮姑娘」區域，凸顯了將該技術投入實際應用的前景和挑戰。

火龍捲風作為未來的清潔工具

團隊設想，未來便攜式系統可以直接部署在燃燒的石油洩漏上方，以根據需要有意產生火焰漩渦。

如果成功，這些系統可以將普通火災轉變為高效的清理工具，從而改變對石油洩漏的緊急應變。

奧蘭說：“這項研究不僅僅是一項實驗，它是對未來的一瞥，在未來，火不再是一種破壞力，而是保護我們海洋和地球的工具。”

目前，這項研究令人印象深刻地證明了當科學家重新思考一種熟悉的自然現象時會發生什麼。

它表明，即使是自然界最可怕的力量之一也可以被重新利用來解決世界上一些最緊迫的環境挑戰。