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【分享】烟圈不散孤烟直

雾非雾

2009/12/06

小时候经常看到吸烟者能吐出一个一个的烟圈，在空中历久不散，觉得很有意思，但对于其成因，不甚明了，现在看到科学杂志上相关的解释，与大家分享。

为什么“烟圈不散”呢？
最简单直接的解释是，层流现象，缺乏足够的动能达到湍流水平。烟气粒子取决于燃烧的程度，这里的烟气粒子直径非常小，维持在气溶胶水平，就是能够悬浮很久，而不降落。同时，烟气中的能量非常弱，不足以产生足够的卷吸力，产生上升的湍动的羽流。第三，烟圈内部也有一定的自组织流动（伯努利原理），维持烟圈的形状。我们日常所见的的烟气，由于浮力的作用而上升，因为流动过程的卷吸而湍动化，造成很快的失稳现象。烟圈缺乏足够的能量，只能靠扩散和布朗运动来扩张，感觉上就是烟圈不散了。这是由于扩散尺度大大小于对流的尺度造成的，因为烟气缺乏足够的动能失稳(林家翘教授的成名理论)。

上学时学到王维的名句：“大漠孤烟直”当时老师的解释是因为在大漠因为无风，所以烟就能成烟柱直上云霄了。
通常情况下，燃烧产生的烟气在浮力的作用下向上升，不断卷吸周围空气的结果，是体积的膨胀和动能的衰减，从外观上看，就是V型的羽流（因为浮力作用，流动容易失稳，光线通过不均匀的流场，产生扰动现象，远处观察，如同片片羽毛在飞，这是英语中Plume的来源。我国古代庄子称之为野马，影影绰绰，如同草原上奔腾不已的野马群在跑）。成都公交纵火案中，能量非常密集，产生了强劲的羽流。细看其中有大尺度的涡流，那是燃烧与流动发生共振造成的Puffing现象造成，也是一种流动失稳的原因。这是我们日常生活中常见的湍动的羽流现象，以至于很难想象“孤烟直”的现象。

实际上当能量密度不足时，燃烧产生的动能不足以让流动失稳，产生的烟气在微弱的浮力作用下上升，无法产生卷吸，因此体积无法膨胀，仅仅靠扩散是不够的，于是形成一种烟柱，长久不消散（当然环境必须无风，没有扰动。塞外，沙漠，戈壁，是最容易产生大尺度层流边界层的自然环境），如此可以产生足够高的烟柱让远处的烽火台看到，把信号接力传下去。这种层流的浮力流动现象，就是诗人王维在孤寂的边塞看到的“孤烟直”现象了，非常符合当时的场景。

分
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wangjun6888

第1楼2010/01/31

“层流现象，缺乏足够的动能达到湍流水平。烟气粒子取决于燃烧的程度，这里的烟气粒子直径非常小，维持在气溶胶水平，就是能够悬浮很久，而不降落。”
貌似简单，让自己想却想不出来

0

穿越时空

第2楼2010/01/31

只有黑烟才会见到,白烟一般不行.

0

莞城.XiShui

第3楼2010/10/14

谢谢提供！

0

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