Wetenskap

Engineering of Fire: Hoe om die beste vuur wetenskaplik te bou

Engineering of Fire: Hoe om die beste vuur wetenskaplik te bou

Vuur is miskien die belangrikste proses om die beskaafde lewe te onderhou, maar tog is dit nie so eenvoudig soos om 'n vuurhoutjie aan te steek nie. Daar is 'n manier om vuur perfek te konstrueer om hitteverspreiding, verbrandingstempo en doeltreffendheid te maksimeer. Laat ons ingenieur afvuur.

Wat vuur nodig het

Die kampvuur benodig drie dinge: suurstof, hitte en brandstof. Dit is die basiese vuurdriehoek, maar die skep van 'n perfekte vuur is nie net so eenvoudig nie. Glo dit of nie, daar is al verskeie studies gepubliseer oor wat nodig is om 'n perfekte vuur te skep, waarvan die bekendste een is van 'n span aan die Duke Universiteit, gepubliseer in Nature Scientific Reports. Die span het die verskillende maniere waarop mense kampvure opstel, ondersoek en gevind dat die beste brande omtrent so breed is as wat dit hoog is. Dit handhaaf die basiese piramidevorm wat al eeue lank gebruik word. 'N Gevolgtrekking is egter niks as dit nie deur data ondersteun word nie.

Die span het 'n vergelyking ontwikkel wat vuurvorm uitstip as 'n funksie van temperatuur, wat hieronder gesien kan word. Toe die verhouding tussen die hoogte (H) en die basislengte (D) ongeveer een was, het die span gevind dat die temperatuur van die vuur die hoogste was. Die basislengte-skaal is 'n eenheid wat die span gebruik het om vuurvorm in die studie te verontagsaam, byvoorbeeld, 'n vierkantige vuur met 'n breedte W het dieselfde D-waarde as 'n koniese vuur met 'n deursnee gelyk aan breedte W.

Begrip van die wiskunde

Die rede vir hierdie maksimum termiese geleidingsbereik rondom 'n H / D-verhouding van een, is gevind dat die vermoë is dat lug deur die verskillende digthede binne en buite die vuur kan vloei. Enige gegewe vuur word suurstof gevoer deur 'n drukverskil met die lug rondom. Terwyl die brand brand, word daar warm lae digtheid lug opgebou, en (relatief) koue hoë digtheid lug sit rondom die vuur. Die tempo waarteen lug deur die drukverskil vloei, hang af van die digtheid van die omringende lug (ρ), gravitasieversnelling (g), die koëffisiënt van die warmte-uitbreiding in die vuur (β), die temperatuurdifferensiaal (ΔT) en die hoogte (H) van die vuur. Die span het hierdie terme in die volgende vergelyking bespreek.

ΔP ~ρgβΔTH

Uiteindelik is gevind dat die lugvloei gemaksimeer is toe die hoogte-tot-basis-verhouding een was, soos voorheen bespreek. Soos enige goeie ingenieur dit sou doen, het hulle, toe hulle hierdie punt van maksimum doeltreffendheid besef, oorgegaan na die begrip van die gedrag van brande in uiterste vorms, 'n kort wye vuur en 'n lang maer vuur.

VERWANTE: REDES DIE NOTRE DAME-BRAND WAS SO UITDAGEND VIR Brandbestryders

By die bestudering van die langer, maerder uiterste punt, het die span gevind dat namate 'n vuuroppervlak langer geword het, terwyl die volume dieselfde gebly het, die afstand vanaf enige punt binne die struktuur verminder het. Hulle het die digtheid van die omliggende lug in verband gebring met die dwarsdeursnee van die vuurstruktuur. Op hul beurt het die span bevind dat die liggaamstemperatuur eksponensieel daal namate 'n brand proporsioneel groter word.

Die span het nou die hoogste limiet vir brande gevind. Toe hulle verder gaan, soek hulle na die vlak grens vir 'n brand. Met behulp van soortgelyke, maar effens gevarieerde vergelykings, het die navorsers ook bevind dat die liggaamstemperatuur eksponensieel afneem namate 'n liggaam vlakker word. Al met al het hulle gevind dat die lieflike plek van hoogte gelyk is aan breedte of deursnee, wat toegelaat word vir maksimum asemhaling, dus doeltreffendheid, gegewe standaardtemperatuur en drukverskille in die omliggende lug.

Kies die regte veranderlikes

Behalwe die wiskunde van die lugvloei van die kampvuur, is daar ook redelike verskille in die brandbaarheid van verskillende houtsoorte. Om 'n brand aan die gang te kry, het u 'n brandstofbron nodig wat vinnig brand en vlam vat. Hiervoor kan u 'n sagtehout soos denne of spar gebruik. Dit skep 'n warm vlam wat vinnig brand. Kies 'n hardehout, soos berk of esdoorn, nadat u brand aan die gang is. Die hout moet ook droog wees, of u vuur kan geblus word of oortollige energie in rook uitstoot.

VERWANTE: HALF 'N MILJOEN BYE IN TEXAS VERMOORD NADAT IEMAND HULLE VURG GESTEL HET

Die ingenieurswese van die perfekte kampvuur het meer te make met termodinamika en digthede van materiale, hoewel navorsing van Duke en ander net bevestig het hoe mense al eeue lank vuurmaak. Die antieke Egiptenare het die piramidale hoogte- tot die basisverhouding eeue gelede laer gehad, en hierdie vuurmaaktegniek het meestal basiese kennis geword. As u egter nou u nie-ingenieursvriende kan irriteer met die wiskunde agter 'n kampvuur, sal u sekerlik 'n treffer op u volgende partytjie wees.


Kyk die video: Chapter - 1, Part - 2 FUNDAMENTALS OF FIRE (Mei 2021).