当你点火时，可有否仔细看过火焰的形状？一群研究人员在 2016 年研究水上液态燃料时，曾发现一种奇特的龙卷风结构蓝色火焰，与一般的火不同，前者几乎不会产生烟；现在科学家进一步揭开了这种火的结构，事实上它由 3 种火焰组成。
火在人类生活中不可或缺，但我们通常只知道火的便利性与危险性。自然界中，有一种罕见的火燃烧现象称为火龙卷（Fire whirl），又称火焰龙卷风，是空气中的漩涡乱流因高热、风向造成之湍流结合而形成，当这些涡旋空气持续收紧至类似龙卷风的结构时，可以吸入碎块杂物及可燃气体，从而使旋风内部点起火焰，能持续数小时且往往不能直接扑灭。
火龙卷会对周遭环境带来灾难性破坏，但是它的涡流特性所带来之更高燃烧效率，却也让科学家看见另类燃烧潜力。数年前，当马里兰大学团队在研究利用火龙卷来清楚水上溢油时，意外发现一种从火龙卷演变而来、同样具有龙卷风结构的蓝色火焰，和火龙卷完全不同的是，蓝色龙卷火焰干净、纯净又稳定，几乎不会产生任何烟灰，会一直持续到所有燃料都燃烧殆尽为止。
▲ 从火龙卷变成蓝色龙卷火焰的过程。
科学家已知蓝色龙卷火焰的温度、也知道如何使火焰更稳定，但其结构仍是个谜，研究团队因此尝试利用 3D 模拟，现在终于解开谜底：模拟结果表明，蓝色龙卷火焰实际上是由 3 种不同火焰类型组成的第 4 种火焰。
最底部为富油预混火焰（premixed rich flame），这种火焰来自燃料与氧化剂已经完全混合，反应速率取决于混合物的组成、压力与温度，一般家用瓦斯炉所产生的火焰就是这种火焰；顶部外侧则有稀薄的贫油预混火焰（premixed lean flame），其中氧化剂比燃料还多；在贫油预混火焰内部则是扩散火焰（diffusion flame），来自燃料与氧化剂的混合与化学反应同时进行，自然界产生的火焰大部分属于这种火焰。
而由这 3 种火焰组成的第 4 种火焰类型，就是可以完全燃烧的蓝色火焰（图中明亮的蓝色火环），称为三歧火焰（triple flame）。
▲ 蓝色龙卷风火焰的结构。（Source：研究论文）
解开了结构，科学家就能尝试跳过一开始的火龙卷阶段、直接产生蓝色龙卷火焰，甚至试着控制火焰大小，探讨是否可应用于燃烧器或推进装置中。化石燃料所产生的大量有害排放物已对地球造成严重负担，科学家认为，也许可以利用蓝色龙卷火焰来从化石燃料中提取能源。
这篇新论文发表在《科学前缘》（Science Advances）期刊。
- VIDEO: A MESMERIZING “BLUE WHIRL" COULD CHANGE THE FUTURE OF FOSSIL FUELS
- The Mysterious ‘Blue Whirl’ Flame Is Actually 3 Different Flames Combined
- Four types of flames join forces to make this eerie ‘blue whirl’
- Revealing the structure of the mysterious blue whirling flame
- Levitating ring flame’s burning secrets revealed
（首图来源：马里兰大学）
