重現(xiàn)化學

美麗科學與中國化學會合作項目重現(xiàn)化學 |《火焰之美》
發(fā)布時間：2018年11月08日來源：中國化學會

△ 重現(xiàn)化學 | 火焰之美

（拍攝于上海交通大學燃燒實驗室）

(以下文字由上海交通大學燃燒實驗室提供）

古人云“火燄蓬勃，久之乃息”，在世人的眼中，火焰象征著光芒、希望和激情，歸根到底它是自然界普遍存在的一種燃燒現(xiàn)象。

燃燒可以認為是人類史上最古老的技術(shù)，也是人類最偉大的發(fā)現(xiàn)之一。

大約在兩百萬年前，人類就發(fā)現(xiàn)了自然界中火的存在。東西方社會流傳著關(guān)于火的美麗神話故事和傳說：西方古希臘神話中說火是普羅米修斯從宙斯手中偷來贈送給人類的；中國古代歷史中記載大約在公元前7000年，燧人氏發(fā)明了人工鉆木取火技術(shù)，并教人用火烹煮食物，結(jié)束了遠古人類茹毛飲血的歷史，從此戰(zhàn)勝黑暗和寒冷，開創(chuàng)了偉大的華夏文明。

△ 各種層流火焰

△ 旋流火焰形成過程

△ 旋流火焰

燃燒在人類文明和工業(yè)化進程中發(fā)揮著重要作用。作為成熟的技術(shù)，燃燒主導著當今社會的發(fā)電和運輸，并應用于人類日常生活和眾多重要工業(yè)生產(chǎn)中。從生火取暖和烹飪食物，到礦石冶煉、發(fā)電廠的建造以及蒸汽機、汽車和飛機的發(fā)明，再到利用運載火箭和宇宙飛船進行太空探索，燃燒一直伴隨人類歷史進程的發(fā)展。

目前，世界上總能源消費的約85%來源于煤炭、石油等化石燃料的燃燒，然而，這些化石燃料的大規(guī)模燃燒產(chǎn)生大量的二氧化碳和污染物，由此帶來了全球變暖和空氣質(zhì)量惡化的問題，威脅了人類健康和賴以生存的地球環(huán)境。因此，降低二氧化碳和污染物排放、發(fā)展清潔和可持續(xù)能源成為燃燒技術(shù)發(fā)展的重要目標，大力開展此方面的燃燒研究對當今世界的經(jīng)濟、能源和環(huán)境至關(guān)重要。

△ 逐漸長高的層流火焰

一代又一代科研工作者在能源燃燒和環(huán)境安全方面進行了大量且詳細的研究工作，但是由于燃燒過程極其復雜，仍然有一些關(guān)鍵性難題懸而未決。比如，復雜燃料的詳細燃燒化學反應機理，湍流燃燒以及燃燒的穩(wěn)定性等問題。而清潔高效燃燒技術(shù)的發(fā)展卻恰恰依賴于對這些燃燒過程中涉及的科學問題的深入研究和理解。

例如，先進燃氣輪機和航空發(fā)動機被譽為“工業(yè)皇冠上的明珠”，但是燃燒室中的不穩(wěn)定燃燒和尾氣的污染物排放問題卻嚴重制約了它的進一步發(fā)展，大推力火箭發(fā)動機的發(fā)展也受到這些問題的困擾。針對這一系列難題，科學家們在實驗室中模擬發(fā)動機燃燒室內(nèi)部火焰與聲音之間的相互作用，探究其中的規(guī)律和原理，尋求對復雜燃燒過程的有效控制，最終推動發(fā)動機技術(shù)的進一步發(fā)展。

總的來看，對于人類文明的發(fā)展而言，燃燒技術(shù)的應用似乎是一把雙刃劍，一方面人類利用燃燒技術(shù)獲得了大量的能源推動了生產(chǎn)力的飛躍發(fā)展；另一方面燃燒帶來了全球變暖和空氣污染等問題，制約了人類社會的進步和發(fā)展。正是這些機遇和挑戰(zhàn)，推動人們在燃燒領(lǐng)域的研究中孜孜不倦，為探索火焰中的奧秘上下求索。

某天，我們在享受美味的燭光晚餐或在篝火旁燒烤時，可曾想到，火焰不僅僅是一種烹飪或者取暖熱源，還是燃燒領(lǐng)域研究中的主角，美麗而又神秘。

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