如何在200米/秒的大風中點燃火柴

生活經驗告訴我們，在大風的天氣，點燃火柴或者打火機很困難。那麼各位讀者是否想過，飛機在高空飛行中，如何保證燃燒室的穩定燃燒呢？

航空發動機燃燒室的工況

空氣在經過航空發動機的壓氣機後，速度會達到200米/秒上下，這是什麼概念呢。在海面12級颶風可以掀起10米高的海浪。而12級颶風也只有30多米/秒。所以航空發動機的工作條件是極為嚴峻的。如果飛機在高空中熄火，危險可想而知。所以航空發動機的穩定性極為重要。那麼在燃燒室裡是怎樣穩定火焰的呢？這就要從火焰速度談起。

火焰的穩定條件

火焰的傳播速度是指火焰相對於未燃氣體的移動速度。在燃燒學中，火焰鋒面與我們生活看到的火焰不同。燃燒學中，火焰鋒面是燃料和空氣按最恰當的比例混合，燃燒後只有產物的一個薄面。火焰鋒面會自發的向未燃氣體的方向移動。同時，未燃氣體會與火焰鋒面相反的方向移動，那麼這兩者的大小就決定了火焰的情況。

當火焰速度大於未燃氣體速度時，就會發生"回火"現象，當兩者速度相等時，火焰就會穩定。當未然氣體速度較大時，火焰會改變自己的形狀，使得垂直與火焰面的未燃氣體速度與火焰傳播速度相等。但當火焰速度特別大時，火焰就會被吹熄。

因此穩定火焰的關鍵就是使氣流流速與火焰速度相等或相近。可是，火焰的傳播速度一般不到1米/秒，所以……

穩定火焰的方法：構造低速回流區

在生活中，如果想在有風的天氣中點燃火柴，人們常做的動作就是用手遮擋，一些打火機也有防風罩，用的也是同樣的道理。

這個原理就是利用鈍體制造一個低速區域，使得火焰與流速相等，從而可以維持火焰。在航空發動機的燃燒室中，使用的也是類似的方法。首先，從壓氣機出來的高速氣流先經過擴壓器減速，然後經過燃燒室中一個叫做旋流器的東西，它的作用就是讓空氣和燃油的混合物在燃燒室中旋轉。生活經驗告訴我們，繞中心旋轉的東西需要向心力。比如用繩子拴住小球旋轉，繩子的拉力就提供了向心力。那麼在燃燒室誰給旋轉的流體提供了向心力呢？答案是壓力。在燃燒室旋流中，外側的壓力較大，內側的壓力較小，這種壓力差使得流體可以維持旋轉。這種壓力差還帶來了另一個好處，就是內側壓力小，使得後方的氣流可以填補前方的低壓區，形成了一股迴流。

就像上圖表現的那樣中間迴流與兩側氣流方向相反，這樣，在兩股氣流的分界處，就形成了低速區域，這就為火焰的穩定提供了有力的保障。從圖中可以看出，火焰就是在這片迴流區附近組織燃燒的。火焰燃燒的區域叫做主燃區，它的後面還有摻混區，是為了保證燃氣溫度不要過高，燒壞後面部件。航空發動機就是使用這種辦法，實現了在200米/秒的空氣中穩定火焰的目的。

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