【视频】| 火焰之美 重现化学

作者:美丽科学BOS / 微信号:beautyofscience2016 发布日期:2018-11-09



△ 重现化学 | 火焰之美
(拍摄于上海交通大学燃烧实验室)
(以下文字由上海交通大学燃烧实验室提供)
古人云“火燄蓬勃,久之乃息”,在世人的眼中,火焰象征着光芒、希望和激情,归根到底它是自然界普遍存在的一种燃烧现象。
燃烧可以认为是人类史上最古老的技术,也是人类最伟大的发现之一。
大约在两百万年前,人类就发现了自然界中火的存在。东西方社会流传着关于火的美丽神话故事和传说:西方古希腊神话中说火是普罗米修斯从宙斯手中偷来赠送给人类的;中国古代历史中记载大约在公元前7000年,燧人氏发明了人工钻木取火技术,并教人用火烹煮食物,结束了远古人类茹毛饮血的历史,从此战胜黑暗和寒冷,开创了伟大的华夏文明。

△ 各种层流火焰

△旋流火焰形成过程

△ 旋流火焰
燃烧在人类文明和工业化进程中发挥着重要作用。作为成熟的技术,燃烧主导着当今社会的发电和运输,并应用于人类日常生活和众多重要工业生产中。从生火取暖和烹饪食物,到矿石冶炼、发电厂的建造以及蒸汽机、汽车和飞机的发明,再到利用运载火箭和宇宙飞船进行太空探索,燃烧一直伴随人类历史进程的发展。
目前,世界上总能源消费的约85%来源于煤炭、石油等化石燃料的燃烧,然而,这些化石燃料的大规模燃烧产生大量的二氧化碳和污染物,由此带来了全球变暖和空气质量恶化的问题,威胁了人类健康和赖以生存的地球环境。因此,降低二氧化碳和污染物排放、发展清洁和可持续能源成为燃烧技术发展的重要目标,大力开展此方面的燃烧研究对当今世界的经济、能源和环境至关重要。

△ 逐渐长高的层流火焰
一代又一代科研工作者在能源燃烧和环境安全方面进行了大量且详细的研究工作,但是由于燃烧过程极其复杂,仍然有一些关键性难题悬而未决。比如,复杂燃料的详细燃烧化学反应机理,湍流燃烧以及燃烧的稳定性等问题。而清洁高效燃烧技术的发展却恰恰依赖于对这些燃烧过程中涉及的科学问题的深入研究和理解。
例如,先进燃气轮机和航空发动机被誉为“工业皇冠上的明珠”,但是燃烧室中的不稳定燃烧和尾气的污染物排放问题却严重制约了它的进一步发展,大推力火箭发动机的发展也受到这些问题的困扰。针对这一系列难题,科学家们在实验室中模拟发动机燃烧室内部火焰与声音之间的相互作用,探究其中的规律和原理,寻求对复杂燃烧过程的有效控制,最终推动发动机技术的进一步发展。

总的来看,对于人类文明的发展而言,燃烧技术的应用似乎是一把双刃剑,一方面人类利用燃烧技术获得了大量的能源推动了生产力的飞跃发展;另一方面燃烧带来了全球变暖和空气污染等问题,制约了人类社会的进步和发展。正是这些机遇和挑战,推动人们在燃烧领域的研究中孜孜不倦,为探索火焰中的奥秘上下求索。
某天,我们在享受美味的烛光晚餐或在篝火旁烧烤时,可曾想到,火焰不仅仅是一种烹饪或者取暖热源,还是燃烧领域研究中的主角,美丽而又神秘。
— 关于重现化学 —
“重现化学”是美丽科学与中国化学会的合作项目,它是“美丽化学”项目的续集。三年前,“美丽化学”让数百万人发现了化学的独特之美。在此基础上,我们希望“重现化学”能够成长为更具魅力与生命力的新项目。
美丽科学团队希望与更多科研团队合作,把实验室中的前沿化学之美带给大众!
重现化学系列往期视频
《花间暮》/《沉淀 2》/《沉淀 3》/《黑与白》/《结晶 2》/《燃烧吧,元素!》/《气体 2》/《消失的金属》/《电沉积》/《放热反应》/《化学花园2》/《金属置换 2》/《沉淀 4》/《元素燃烧 2》/《气体 3》/《人间烟火》
— 关于中国化学会 —
中国化学会是从事化学或与化学相关专业的科技、教育工作者自愿组成并依法注册登记的学术性、公益性法人社会团体。宗旨是团结组织全国化学工作者,促进化学学科和技术的普及、推广、繁荣和发展,提高社会成员的科学素养,促进人才的成长,发挥化学在促进国民经济可持续发展和高新技术创新中的作用,为力争使我国化学科学跻身国际先进行列而不懈努力。

— 关于美丽科学 —
美丽科学致力于为国内外提供高质量的K-12科学教育产品,以及科学与艺术融合的精美影像。运用显微摄影、延时摄影、红外热成像等摄影技术向公众展示科学之美。

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