[讨论] 失重的火焰发光是怎么样的

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发表于 2018-5-24 10:02:30 | 显示全部楼层 |阅读模式
失重的火焰发光是怎么样的?

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 楼主| 发表于 2018-5-24 10:03:42 | 显示全部楼层
自问自答来了
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火焰的本质是什么?是可燃物的燃烧。更具体一点,一定温度下,可燃物和氧气化学反应放热。放热会产生两个效果:
  • 空气受热变轻,向上飘
  • 激发空气分子发光
以上两点放在一起就显示出来一个火焰的形状。热空气一边发光一边向上移动,移动到一定距离以后冷了下来停止反应,也就不再发光。而冷空气趁虚而入从蜡烛芯侧面进入,把火焰下端雕刻成一个半球形。他们接着变热开始反应,形成一个循环。这个循环直到空气用完,或者燃料用完。
失重下有会发生什么呢?

火球空气还是会被加热,但是不会上升了,因为此时根本没有“上”,没有浮力,没有对流。毕竟在地球上轻气体上升重气体下降的原因就是重的气体被重力向地面方向拖。现在没人拖了,空气就希望安静地呆着。[1] 于是,火焰就成了一个安静的球形。如果你学过对称性,这个是很好理解的。在失重下各个方向是对称的,于是火焰的形状就不会有区别。一个各向同性的火焰,自然只能是球形。
更深的蓝右边的火球有没有比左边的火焰更蓝?这是因为燃烧的东西不一样。有对流的时候不光是 H, 许多 C 也能被燃烧掉。但是失重下 C 就不太容易烧着了,于是就变蓝色。因为燃烧起来 C 是黄色的,H 是蓝色的。
自灭在 NASA 早期的飞行任务中,他们就在无人飞船中做燃烧试验了。因为马上要上宇航员,他们呼吸需要纯氧,会不会有偶发的火焰产生巨大问题。他们发现:火焰自己灭了。
火焰自己会灭掉,也是因为缺乏对流。在重力条件下的火焰,如前文描述一样有源源不断的冷新鲜空气从下端接近蜡烛芯开始燃烧,替换掉受热飞起来的 CO2. 可是现在失重了……CO2跑不掉,氧气也不想进来。没有对流,就没有气体的交换。慢慢地火焰球中的氧气用差不多了,就续不住了。
知道了火焰会自我毁灭,NASA 很开心。可是…… 1967 年一场火灾烧毁了在发射台上的阿波罗一号和里面的三名乘员。因为此时他们还在地面,并不是失重环境。防火重于泰山。
别踩在地球上你见到了不想见到的火,可以踩灭它。但是在失重中,这样做只会适得其反。因为当你剧烈移动甚至摊开火球的时候,你为它手工制造了一场对流。新鲜的氧气进来,火球更开心了,更加猛烈地燃烧。别踩。


作者:王瑞扬
链接:https://www.zhihu.com/question/22312061/answer/397240179
来源:知乎



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发表于 2018-5-24 14:05:33 | 显示全部楼层
火焰能激发空气分子发光?
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