重现化学

美丽科学与中国化学会合作项目重现化学 |《火焰之美》
发布时间：2018年11月08日来源：中国化学会

△ 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。