火災竜巻：竜巻と山火事が遭遇する恐ろしい現象

3. 怒りの背後にある科学: 火災竜巻の力学を理解する

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火災竜巻の発生と広がりを制御する複雑な物理学と流体力学を調べると、火災竜巻の威力と挙動を理解するのに役立ちます。基本的に、火災竜巻は燃焼科学、流体力学、熱力学の相互作用の結果です。 プロセスは、山火事によって発生する大量の熱から始まります。この熱によって急激な温度勾配が生じ、地表の温度が周囲の空気よりはるかに高くなります。この温度差に応じて熱い空気が急速に上昇することで、強い上昇気流が発生します。この空気が上昇すると、地表に低圧領域が形成され、周囲から冷たい空気が吸い込まれます。 地球の自転であるコリオリの力と、近づいてくる冷たい空気が、上昇気流を回転させる原因となるかもしれません。角運動量保存則により、回転する気柱は垂直に引き伸ばされて回転速度が速まるため、この回転はさらに強調されます。これは、フィギュア スケーターが腕を引っ込めて回転速度を速めるのとよく似ています。 火の竜巻内での燃焼プロセスも興味深いものです。渦内の強い回転によって生成される低圧コアは、燃料蒸気の沸点を実際に下げることができます。これにより、従来の火災よりも低い温度で燃焼が起こり、より効率的な燃焼とより高い炎温度が実現します。 さらに、火災竜巻の回転動作により、近くの空気から酸素を引き寄せる強力な吸引力が発生します。すでに強い熱と相まって、この酸素供給の増加により過給された燃焼環境が生まれます。その結果、華氏 2,000 度をはるかに超える温度に達する自立した炎の渦が発生します。これは、一部の金属を溶かすのに十分な熱です。 回転する気柱と強力な熱によって発生する浮力との相互作用により、火災竜巻の流体力学は特に複雑になります。この相互作用により主要な気柱内に二次渦が発生し、乱流と混沌とした内部構造が発生する可能性があります。これらの二次渦は、火災竜巻の不規則な動作を説明するのに役立つため、特に不規則で致命的です。 さらに、火災内の化学反応に影響を与えるのは、火災竜巻の高熱と回転です。高温により複雑な分子が分解され、単純な分子になります。また、回転により圧力と温度の異なる領域が生成され、反応速度に影響します。その結果、通常の火災では見られない新しい化合物が合成され、煙やガスの毒性が増す可能性があります。