加载中…奇趣物理实验——婀娜多姿
(2020-12-26 19:05:46)
标签：
奇趣物理实验 |
分类： 奇趣物理实验 |
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文献2中描述了浮力振荡火焰的两种形态
一种会左右摇摆 另一种没有摇摆
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既然蜡烛的火焰会出现耦合 那么其它的火焰是否也会出现耦合呢？ 或者说 蜡烛火焰的耦合是否和蜡油 或者蜡烛特殊的外形有关呢？
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为此我找来了两个尺寸不同的瓶盖 大的是铝制瓶盖 小的塑料矿泉水瓶盖 |
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酒精被点燃时
蓝色火焰在平面内向外侧扩散 打火机的火焰被向上顶起 |
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酒精被点燃后 在第一个振荡周期内
基本上都是蓝色火焰 在第二个周期 开始出现明显的黄色火焰 随后黄色火焰占比逐渐增大
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这或许是由于未点燃时 瓶盖四周的酒精蒸汽已经和空气混合 在第一个周期 主要是这些已经混合的气体发生燃烧 随着燃烧前混合的气体被不断消耗 酒精蒸汽开始出现不完全燃烧 导致火焰发黄 |
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火焰会表现出很多的形态 有左右摇摆的 有竖直上升的 后者有时会呈现出美丽的心形 |
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将两个金属瓶盖紧贴在一起
两个火焰同相振荡 它们有时同方向摇摆 有时反方向摇摆
摇摆的方式对周期影响不大
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在蜡烛火焰的振荡中 我似乎没有观察到 多组火焰同方向摇摆的情况
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前面看到了同相振荡 我本以为会很容易看到反相振荡 但事与愿违 尝试多次 都没有观察到稳定的反相振荡 这或许是燃烧面积过大造成的 |
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将两个和三个矿泉水瓶盖放在一起 也观察到了同相振荡
两个火焰的情况下 左侧火焰的摇摆 并没有快速传染给右侧火焰 但是在三个火焰中 这种摇摆会迅速传播
瓶盖不能紧贴在一起 否则火焰会连成一片
它们的周期分别为0.12和0.11秒
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文献8中指出 随着蜡烛数目的增大
振荡周期会增加 这与塑料瓶盖中我观察到的数据正好相反
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我有三种猜测
1：塑料瓶盖的特征确实与蜡烛不同 2：塑料瓶盖是消耗品 在酒精燃烧时 自身会被熔化 我的两次测量 是在燃烧的不同阶段进行的 这或许会导致振荡周期变化 3：我只进行了一次测量 如果进行多次测量 可能会得到不同的结果
但是塑料瓶盖的消耗量太大 所以就没有再进行仔细的对比研究
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在两个和三个火焰的情况下 也观察到了反相振荡 它们的周期基本相同 均在0.10秒左右 |
| 有兴趣的读者，可以参阅如下文献，进行深入了解 |
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1：Z. Su, W. Zhou, Y. Zhang, Newinsight into the soot nanoparticles in a candle flame, Chemical Communications 47(16)(2011) 4700-4702. 2：B. Cetegen, Y. Dong, Experiments onthe instability modes of buoyant diffusion flames and effects of ambientatmosphere on the instabilities, Experiments in Fluids 28(6) (2000) 546-558. 3：H. Kitahata, J. Taguchi, M.Nagayama, T. Sakurai, Y. Ikura, A. Osa, Y. Sumino, M. Tanaka, E. Yokoyama, H.Miike, Oscillation and synchronization in the combustion of candles, TheJournal of Physical Chemistry A 113(29) (2009) 8164-8168. 4：D.M. Forrester, Arrays of coupledchemical oscillators, Sci. Rep. 5 (2015) 16994. 5：K. Yokoyama, Y. Yamamoto, Threepeople can synchronize as coupled oscillators during sports activities, PLoSComput Biol 7(10) (2011) e1002181. 6：K. Okamoto, A. Kijima, Y. Umeno,H. Shima, Synchronization in flickering of three-coupled candle flames, Sci.Rep. 6 (2016) 36145. 7：Y. Nagamine, K. Otaka, H. Zuiki, H.Miike, A. Osa, Mechanism of candle flame oscillation: Detection of descendingflow above the candle flame, Journal of the Physical Society of Japan 86(7)(2017) 074003. 8：T. Chen, X. Guo, J. Jia, J. Xiao,Frequency and Phase Characteristics of Candle Flame Oscillation, Sci. Rep. 9(1)(2019) 1-13. 9：K. Manoj, S.A. Pawar, R. Sujith,Experimental evidence of amplitude death and phase-flip bifurcation betweenin-phase and anti-phase synchronization, Sci. Rep. 8(1) (2018) 1-7. 10：T. Yang, X. Xia, P. Zhang,Vortex-dynamical interpretation of anti-phase and in-phase flickering of dualbuoyant diffusion flames, Physical Review Fluids 4(5) (2019) 053202. 11：N. Fujisawa, K. Imaizumi, T.Yamagata, Synchronization of dual diffusion flame in co-flow, ExperimentalThermal and Fluid Science 110 (2020) 109924. 12：K. Manoj, S.A. Pawar, S. Dange, S.Mondal, R. Sujith, E. Surovyatkina, J. Kurths, Synchronization route to weakchimera in four candle-flame oscillators, Physical Review E 100(6) (2019)062204. 13：A. BUNKWANG, T. MATSUOKA, Y. NAKAMURA,Mode Transition of Interacting Flickering Flames, Proc. 27th InternationalColloquium on Dynamics of Explosion and Reactive Systems (27th ICDERS), BeijingChina (2019.7), paper, 2019. 14：A. Bunkwang, T. Matsuoka, Y.Nakamura, Similarity of dynamic behavior of buoyant single and twin jet-flame(s), Journal of Thermal Science and Technology 15(3) (2020) JTST0028-JTST0028. |
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