德克萨斯大学奥斯汀分校 蓝色漩涡是一种旋转火焰现象，由混乱的火焰漩涡演变而来，燃烧时几乎没有烟灰
超级计算机模拟揭示了蓝色旋涡的火焰结构和流动结构
(一)数值模拟的热释放速率的体绘制
(二)总结蓝色涡流模拟最终结果的示意图，显示了三种不同火焰的组合
(三)观察到蓝色漩涡
信用:H
肖，中国科学技术大学
2003年，闪电击中了一个波旁仓库，点燃了肯塔基州巴兹敦乡下的一个80万加仑的酒库
据当地报道，其中一些溢出到附近的一条小溪中，引发了一场大规模的火灾龙卷风
它的空中视频激发科学家研究火灾漩涡，火灾的龙卷风，作为石油泄漏补救的有希望的东西，因为碳氢化合物燃烧时烟灰相对较少
他们在实验室进行的火旋风调查让他们发现了令他们惊讶的东西
混乱而危险的火焰旋转变成了温顺而干净的燃烧火焰，他们称之为“蓝色旋转”
' 它的一名发现者现在在一个科学小组中，使用极端科学和工程发现环境(XSEDE)分配的超级计算机来揭示蓝色漩涡的结构，这是一种由四个独立火焰组成的新型火焰。
科学家们希望有一天蓝色旋风能用来更清洁地燃烧燃料
“这项新的计算研究的主要发现是，我们现在知道了蓝色漩涡的主要结构，”伊莱恩·奥兰说，他是德克萨斯A&M大学航空航天工程系安东内尔基金会主席
奥兰是蓝色漩涡的共同发现者，也是2020年8月在PNAS发表的关于其结构的研究的共同作者
“我们知道这是多种火焰的组合，它们聚集在一起，形成最理想的燃烧形态，这是我们以前见过的
" 用固定的初始燃料(庚烷)层从池火过渡到黄色和蓝色漩涡
这部有代表性的电影展示了从池火到蓝色漩涡的转变，以及液态烃燃料在水上燃烧时蓝色漩涡的演变
信用:肖等
，PNAS
2016
113:9457-9462 DOI: 10
1073/pnas
1605860113 蓝色旋转类似于旋转的蓝色火焰，看起来像一个孩子的玩具陀螺
奥兰说它的顶部和哈利波特里的分院帽形状一样
它燃烧的大部分是沿着一个旋转的非常明亮的蓝色边缘
研究人员使用了首次发现蓝色漩涡的2016年研究的实验数据
实验装置由两个半圆柱和一个装满水的圆柱形不锈钢盘组成
将液体燃料正庚烷倒在锅中心的静水面上，然后点燃
两个石英半圆柱体悬挂在锅上
偏置半圆柱产生了两个垂直的狭缝，允许空气沿火焰区域的切线方向吸入，这是实验室研究中常用的产生火焰漩涡的方法
一开始形成了混乱的池火
冷空气被吸入燃烧室，产生了一股强烈的垂直气流，接着又产生了一股强烈的火焰旋转
然后，出乎意料地，它坍塌成平静的蓝色旋转火焰结构
“我们通过数值模拟研究了这种新火焰的结构，我们发现了燃烧的类型，以及它们发生的位置，”该研究的合著者小张说，他是德克萨斯A&M大学航空航天工程系的博士后研究员，在奥兰工作
超级计算机模拟帮助梳理出蓝色漩涡的结构，它原来是由三种类型的火焰组成的
底部是一个丰富的预混合火焰，顶部是一个略带紫色的帽状扩散火焰
模拟揭示了紫色烟雾周围隐藏的火焰，就在扩散火焰的外面
三种火焰结合成三重火焰，形成明亮的边缘
合成图像显示流动结构
穿过计算域中心的切片和为流量诊断选择的值
(一)流线
(二)切线速度
(三)轴向速度
放热率的轮廓叠加在顶部，以指示反应区域
显示了6厘米宽的放大区域的切片
(四)从(二)中的白色虚线在蓝色旋涡下方获得的切向速度线图，显示了计算区域的整个宽度
信用:钟等
Sci
副词(adverbial)
2020
科学家在模拟火焰时面临一些挑战
“实验室实验中的蓝色漩涡是自己演化发展的，”张说
实验中有限的诊断并没有给我们足够的条件来开始计算
我们从数字搜索开始
" 他们开发了新的算法，可以有效地模拟低马赫数流动，并将这些算法应用到计算流体动力学代码中，求解非定常、可压缩、反应式纳维尔-斯托克斯流动方程
使用这个代码，他们探索了控制参数的效果，如燃料和空气入口的大小和速度
最终，他们能够在模拟中捕捉到蓝色漩涡
“这些对蓝色漩涡的模拟涉及时间和空间的多个尺度，”张说
“我们还需要模拟多重物理和重烃化学
这些计算起来非常困难和昂贵
最重要的是，我们希望保持这种新火焰的三维动态
这些三维方面增加了更多的计算成本
" 科学家们获得了由国家科学基金会资助的XSEDE超级计算机拨款
通过XSEDE，他们利用了踩踏2超级计算机和德克萨斯州高级计算中心的牧场数据存储系统
通过美国国家科学基金会资助的极限科学与工程发现环境，在TACC配置了第二代超级计算机
信用:TACC 数值搜索的模拟和最终的蓝色旋转模拟消耗了400万个中央处理器小时，这些时间分布在马里兰大学的Deepthought2系统上；空军研究实验室的雷电系统；和踩踏2，在其Skylake节点上约占23K节点小时
除了火焰结构之外，科学家们还观察了蓝色漩涡的流动结构，这种结构涉及到一种叫做涡流破坏的流体动力学现象
基本上，混乱和旋转的黄色火焰坍缩成旋涡破裂的“气泡模式”，并形成蓝色旋涡
奥兰解释说:“最让我吃惊的是它是如何从火焰旋转中演变而来的。”
“火旋风是一种怪物，一种毁灭性的东西
然后突然它变成了这种安静的，微小的，没有湍流的火焰
在它形成的过程中，你看到了所有这些涡旋破裂的流体动力学模式，这是一种美丽的流体现象，你可以从飞机机翼上脱落的涡旋中看到
" 研究人员希望对蓝色漩涡的进一步了解可能有助于科学家开发更清洁地燃烧燃料的方法
“这可能是一种从传统化石燃料中提取能量的新方法，同时减少煤烟，减少污染和环境影响，”张说
奥兰强调说，意外发现在发现蓝色漩涡现象中起了很大作用
奥兰说:“我认为探索、追随你的好奇心和尝试新想法很重要
例如，如果我们从未见过肯塔基湖上的火，当所有的波旁威士忌都洒到那里的湖上，闪电点燃了它，它在湖上形成了火焰漩涡，我们就永远不会发现蓝色的漩涡
每次你在地毯下寻找，你都会发现新的东西
新的昆虫，新的火焰
"
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