近日,大連金石灘上空出現了一個神秘的黑色圓環,其規整的形態和緩慢移動的姿態引發了市民的廣泛關注。不少人駐足拍攝,甚至有人猜測這是不明飛行物(UFO)或某種未知的空中現象。然而,經過調查,這一現象的真相并非如此神秘。
實際上,這個黑色圓環是當地發現王國主題公園一項表演項目結尾處,由火焰設備噴射出的煙圈。煙圈的環狀結構源于一種被稱為“渦環”的物理現象。當含碳顆粒的熱空氣從圓形出口迅速噴出時,中心流體速度快,邊緣流體速度慢,導致前端向外、向后卷曲,最終形成一個自我閉合的環狀結構,即渦環。
煙圈之所以呈現黑色,是因為其構成顆粒物為不完全燃燒產生的碳顆粒。在特效表演中,燃料(如柴油或特定煙火藥劑)在氧氣不足的條件下燃燒,產生大量微小的碳顆粒,這些顆粒懸浮在空氣中,吸收所有可見光,因此煙霧呈現深黑色。
要形成煙圈,需要滿足幾個條件:瞬時脈沖式噴射、圓形或近似圓形的噴口以及無風的天氣。瞬時脈沖式噴射能夠在極短時間內形成強有力的氣流團,而圓形噴口則是形成均勻、對稱渦環的基礎。無風的天氣可以避免湍流撕裂渦環的穩定結構。
類似的現象在世界各地都有報道。例如,電力變壓器爆炸時,圓柱形的外殼在爆炸瞬間起到類似炮筒的作用,將燃燒產生的黑煙噴射成渦環。一些火山如意大利的埃特納火山,也能噴出巨大的天然蒸汽渦環,這是由火山內部通道的特定形狀和氣體的脈沖式噴發共同造就的。