Selon de nouvelles recherches, le tourbillon bleu se compose de trois structures de flammes différentes qui tourbillonnent ensemble pour former un anneau bleu d’un autre monde.
Tourbillon bleu stable observé lors d’une expérience. Crédit image : H. Xiao, Université des Sciences et Technologies de Chine.
Le tourbillon bleu est une petite flamme bleue stable et tournoyante initialement découverte en 2016 dans des études expérimentales de tourbillons de feu turbulents et fuligineux, également appelés tornades de feu.
Il brûle une gamme de différents combustibles hydrocarbonés liquides proprement, sans production de suie, présentant une voie potentielle jusqu’alors inconnue pour une combustion à faibles émissions.
“Les tourbillons bleus évoluent à partir des tourbillons de feu jaunes traditionnels”, a déclaré le professeur Elaine Oran, chercheur au département d’ingénierie aérospatiale de l’université Texas A&M.
“La couleur jaune est due aux particules de suie rayonnantes, qui se forment lorsqu’il n’y a pas assez d’oxygène pour brûler complètement le combustible.”
“Le bleu dans le tourbillon indique qu’il y a assez d’oxygène pour une combustion complète, ce qui signifie moins ou pas de suie, et donc une combustion plus propre.”
“Nous savons maintenant que le tourbillon bleu brûle tout le combustible disponible lorsqu’il sort d’un brûleur ou d’une surface.”
Pour simuler la façon dont les tourbillons bleus émergent, le professeur Oran et ses collègues ont couplé des équations 3D, dépendantes du temps, qui décrivent le mouvement de substances fluides visqueuses à un modèle de conversion du combustible et de libération d’énergie chimique.
Ils ont commencé par simuler les conditions expérimentales, puis ont modifié les paramètres physiques tels que la taille et la vitesse du carburant et de l’air dans leurs calculs jusqu’à ce qu’un tourbillon bleu se matérialise.
Ils ont montré qu’un tourbillon bleu est composé de trois flammes différentes – une flamme de diffusion et une flamme riche et pauvre prémélangée – qui se rencontrent toutes dans une quatrième structure, une flamme triple qui apparaît comme un anneau bleu tourbillonnant.
Ils ont également découvert que la rupture du vortex – une instabilité du fluide qui se produit dans les écoulements tourbillonnants – permet à la structure de tourbillon bleu d’émerger.
“La structure de la flamme et de l’écoulement révélée par les simulations sert de base fondamentale pour étudier plus avant comment créer le tourbillon bleu de manière plus contrôlée”, a déclaré Xiao Zhang, doctorant au département d’ingénierie aérospatiale de l’université du Maryland.
“Cela ouvre des voies pour répondre à des questions plus complexes”.
“Des exemples de telles questions sont : Comment pouvons-nous créer des tourbillons bleus à différentes échelles ? Pouvons-nous contourner l’étape transitoire, suieuse et dangereuse du tourbillon de feu et créer directement le tourbillon bleu stable et propre ?” a déclaré Joseph Chung, doctorant au département d’ingénierie aérospatiale de l’Université du Maryland.
“Les algorithmes et les modèles nouvellement développés fournissent également d’excellents outils d’exploration pour trouver ces réponses.”
Les résultats ont été publiés dans la revue Science Advances.
