“火龙卷”形成原理的模拟实验

火龙卷是一种像龙卷风似的具有强烈热量，处于中空燃烧状态的巨大火焰。它给人们的生命安全带来严重的危害，也给火灾的救援工作带来巨大的困难。如果我们能够更加清楚地了解火龙卷发生的成因和原理，就能够更好地防范和控制火龙卷的发生，从而将火龙卷带来的伤害降低到最小程度。

概述

日前，电视台的科教频道播放一部讲述“火龙卷”的专题科教片。自然界的火龙卷大多形成于森林火灾或草原火灾，它是一种像龙卷风似的具有强烈热量，处于中空燃烧状态的巨大火焰。它在地面生成，快速侵袭它所到达的区域，是森林火灾和草原火灾过程中的特殊燃烧现象。它给火灾的救援工作带来难度，给扑火人员的人身安全带来严重的危害。

看过这部专题科教片以后，笔者深深的被大自然的神奇力量所折服。同时也在想，如果我们能够更加清楚地了解火龙卷发生的成因和原理，是不是就能够更好地防范和控制火龙卷的发生，从而将火龙卷带来的伤害降低到最小程度呢？

带着这个疑问，笔者开始在网上搜索关于火龙卷的相关资料，并依照网上资料提示的信息，模拟了一个小型火龙卷的生成实验。

研究原因

在实验室模拟火龙卷产生的现象，了解火龙卷发生的成因和原理，从而更好地防范和控制火龙卷的发生，将火龙卷带来的伤害降低到最小程度。

研究方法

实验道具

1）桶型玻璃杯一个；2）小型切割机一部；3）小型燃烧器皿一个；4）100mL酒精；5）点火器（或打火机）一个。

实验过程

1）将玻璃杯的底部切割下来，将玻璃杯沿对称线切割成大小形状相同的两半（如图3）。（注意：玻璃杯的切割须由指导老师或家长完成）

3）用点火器（或打火机）点燃小型燃烧器皿中的酒精（如图5）。

4）将切割成两半的玻璃杯拼接成完整的玻璃杯形状，罩在小型燃烧器皿上（如图6），此时观察到燃烧器皿中燃烧的酒精火焰没有变化。

5）将玻璃杯的两片交错2mm（如图7），此时观察到燃烧器皿中燃烧的酒精火焰迅速被提高。

6）继续观察燃烧器皿中燃烧的酒精火焰，发现火焰的高度已经到达了玻璃杯口的高度，并且呈螺旋式上升，类似于自然界的“火龙卷”（如图8）。

7）如果将玻璃杯合拢，或者是将玻璃杯拿开，火焰都将会恢复到原来的状态，说明两片玻璃杯中间2mm的缝隙是形成火龙卷的关键因素。

研究原理

本实验的形成原理主要是“空气对流”。玻璃杯围住了火焰，但是有二道缝隙，让空气可以由缝隙流入，形成螺旋状的气流（如图9中蓝色箭头）。当火焰燃烧产生的热空气上升（如图10中红色箭头），空气可以由玻璃管缝隙流入补充，使得玻璃管内的空气一边旋转一边上升，造成火龙卷的现象。

另一方面，由于火焰被局限在玻璃管内，热量往四周散开的程度较少，玻璃管的内部与外围的温差增加，空气对流也就越快，因此，使得火焰更为旺盛。

研究结论

火龙卷是一种具有巨大破坏力的自然现象，它在特定的条件下形成后，会给人们的生命安全带来巨大的灾难，我们在弄清楚它的成因和原理以后，就能够有针对性地进行有效的防范和治理。

但是，人类的智慧是无穷的，如果能够将火龙卷形成的原理科学有效地应用到人们的生产生活当中，就能够“为人所用”，为我们的生活带来巨大的价值。

參考文献

[1]Proceedings of the National Academy of Sciences-From fire whirlsto blue whirls and combustion with reduced pollution.http：//www.pnas. org/content/113/34/9457.full.

[2]国立台中教育大学，NTCU 科学教育与应用学系，科学游戏实验室.http：//scigame.ntcu.edu.tw/ chemistry/chemistry-036.html.

（指导老师：曹登勇，郑长宏；作者简介：胡晋玮，成都七中初中学校。）endprint