Имитатор горения свечи схема: ИМИТАТОР ГОРЕНИЯ СВЕЧИ | ArduinoKit

Ускорители ракеты SLS созданы на базе твердотопливных ускорителей «Спейс Шаттлов». К четырем топливным сегментам добавили пятый, таким образом увеличив длину, массу и мощность ускорителей. Отказались от многоразовости, сократив парашютный блок приводнения и все затраты, связанные с циклом повторного использования. Высота ускорителя 54 метра (это 18-этажный дом), масса — 726 тонн, а тяга выросла до 1620 тонн, что в четыре раза мощнее ракеты-носителя «Союз». Сквозь сопло ускорителя свободно может пройти взрослый человек.

Положение ускорителей на ракете SLS

Николай Цыгикало

Корпуса топливных сегментов изнутри обклеивают листами резиновой изоляции. Они защищают металл корпуса от жара в двигателе.

Корпус нижнего сегмента ускорителя обклеивают более 900 листами изоляции

NASA

Добравшись до Космического центра имени Кеннеди, нетопливные части поступят в сборочный комплекс BFF для монтажа передней и задней сборки ускорителя. А топливные сегменты везут в специализированный цех RPSF, где разворачивают вертикально. Первый и последний сегменты соединяют с головной и задней сборками, проверяют, и складируют с другими тремя топливными сегментами. Перед пуском ракеты все сегменты отправят в здание вертикальной сборки, крупнейшее в мире одноэтажное здание высотой 160 метров, где ускорители соберут целиком и прикрепят к ракете.

Остаётся посмотреть, как пройдет первый запуск «Артемида-1», намеченный на 2021 год, и увидеть работу ускорителей в первом реальном космическом старте.

Николай Цыгикало

Датчик давления в цилиндре

Для анализа процессов, происходящих в цилиндрах двигателей внутреннего сгорания, требуются датчики давления с высокими техническими характеристиками по линейности, частотной характеристике, стойкости к тепловому воздействию. Сравнительные исследования датчиков давления в цилиндре, доступные в конце 60-х годов ХХ века, показали, что те из них, в которых в качестве измерительных элементов использовались пьезоэлектрические кристаллы, обеспечивали лучшую стойкость к тепловым воздействиям, чем те, в которых использовались тензодатчики. В итоге, пьезоэлектрические датчики стали использоваться для измерения давления внутри цилиндров, а тензодатчики (с металлическими или пьезорезистивными элементами) — по большей части при измерениях с умеренными требованиями по стойкости к тепловому воздействию, например, в топливопроводах высокого давления и во впускных коллекторах.

Пьезоэлектрические датчики способны удовлетворить высокие требования по частотной характеристике и линейности в широком диапазоне давлений. В то же время, основным недостатком их использования является нестабильность точки отсчета и малый уровень выходного сигнала.

Принцип работы пьезоэлектрического датчика давления в цилиндре

Принцип работы пьезоэлектрического датчика давления в цилиндре показан на рисунке 1. Скорость изменения давления (dP/dt) на диафрагме датчика через промежуточные элементы передается на пьезоэлектрический кристалл, вызывая его деформацию со скоростью dε/dt. Вследствие пьезоэлектрического эффекта, эта деформация поляризует заряд q в электроде датчика, что приводит к возникновению электрического тока i, создающего выходной сигнал датчика:

где Gs — чувствительность датчика (усиление).

При измерениях давления внутри цилиндра, датчик подвергается воздействию нестационарных тепловых потоков, обуславливающих непрерывное изменение температуры. Эти изменения температуры изменяют чувствительность пьезоэлектрического элемента и приводят к тепловым ударам (термошокам), воздействующим на диафрагму и корпус датчика. Термошоки создают импульсы силы, воздействующие на элемент датчика и вносят дополнительные искажения в сигнал, обеспечиваемый датчиком. Погрешность, обусловленная этими эффектами, получила название дрейфа температуры.

Обычно дрейф температуры разделяют на две компоненты. Первая компонента, соответствующая изменениям теплового потока, происходящим в каждом цикле, получила название кратковременного дрейфа или термошока. Вторая компонента, соответствующая медленным изменениям температуры датчика вследствие изменения условий работы двигателя, получила название дрейфа изменения нагрузки или долговременного дрейфа.

Обычно для сигнала датчика долговременный дрейф обуславливает только медленную нестабильность точки отсчета. Степень влияния долговременного дрейфа и контроль в этом случае зависят от выбранной схемы поляризации датчика.

Рисунок 1. Пьезоэлектрический датчик давления в цилиндре.

Влияние кратковременного дрейфа, в свою очередь, определяется частотой возникновения соответствующего явления. Резкие кратковременные дрейфы, возникающие, например, в условиях работы, в которых датчик может получить неустранимые повреждения, могут создавать значения давления ниже атмосферного в конце процесса расширения. При более умеренных уровнях, однако, присутствие кратковременного дрейфа не может быть идентифицировано по показаниям. Это приводит к тому, что показания давления будут выше реального давления в цилиндре в течение сгорания, и ниже реального давления на протяжении остальной фазы расширения. Хотя современные пьезоэлектрические датчики давления в цилиндре сконструированы так, что эффекты кратковременного дрейфа сведены к минимуму, необходимо учитывать, что их интенсивность сильно зависит от тепловой нагрузки в месте расположения датчика. На эту тепловую нагрузку оказывает влияние интенсивность потоков в течение процесса газообмена, характеризуемая аппроксимацией струи топлива (жиклера) в дизельном двигателе или аппроксимацией передней границы пламени в двигателе с искровым зажиганием. Итак, оценка частоты появления термошоков в месте расположения датчика в каждом конкретном случае – это хороший метод получения точных измерений.

Выбор места монтажа датчика давления в цилиндре

При выборе места, в котором будет смонтирован датчик, приоритет следует отдать хорошо охлаждаемым областям головки и избегать термошоков, которые могут привести к деформации корпуса датчика. Диафрагма датчика должна быть позиционирована в соответствии с рекомендациями изготовителя (обычно с зазором от 1,5 до 3,0 мм от внутренней поверхности головки). Датчик давления в цилиндре с функцией водяного охлаждения обеспечивают великолепное усиление (повышенное отношение сигнал/шум), линейность и термостойкость (в сравнении с неохлаждаемыми малогабаритными датчиками) и должны выбираться в первую очередь, когда в головке достаточно места для их размещения. Каналы, соединяющие камеру сгорания с полостью, в которой находится диафрагма датчика, могут переходить в режим акустического резонанса, генерируя колебания давления, приводящие к погрешностям измерения, которые, в свою очередь, делают неверными индицируемые оценки термодинамических параметров и энергии, освобождаемой при сгорании. Поэтому использование этих параметров (в типичном случае, когда датчик встроен в свечу зажигания) рекомендуется только для идентификации аномального сгорания в двигателях с искровым зажиганием.

Измерения давления внутри цилиндра дизельных двигателей с прямым впрыском топлива (direct injection, DI) требуют более тщательного подхода вследствие большего коэффициента сжатия и особой формы камеры сгорания. В таких двигателях, когда поршень находится вблизи ВМТ, приблизительно 90% массы рабочей жидкости находится внутри чашки цилиндра, в области над полостью. Давление этой порции массы определяется средним давлением цилиндра. Остальная часть массы заполняет зазоры между поршнем и головкой, а также между поршнем и гильзой цилиндра; ее давление может создавать колебания амплитудой до 10 бар, обусловленные турбулентностью потока внутри цилиндра и акустическими явлениями при сгорании. Итак, датчик должен быть размещен в точке, из которой может быть доступно давление массы над чашкой цилиндра. И наконец, важно отметить, что при выборе точки монтажа датчика, необходимо избегать ударов струи топлива в диафрагму датчика.

Подтверждение правильности выбора места монтажа датчика давления в цилиндре

Чтобы проиллюстрировать процедуру подтверждения правильности выбора места монтажа датчика, рассмотрим в качестве примера случай быстрого прямого впрыска топлива в дизельном двигателе с тремя клапанами в каждом цилиндре, в котором индицируемые измерения проводились с помощью неохлаждаемого датчика, смонтированного выше чашки цилиндра в месте расположения свечи зажигания (см. рисунок 2).

Метод позволяет проверить наличие кратковременного дрейфа путем поциклового сравнения изменений показаний давления внутри цилиндра в заданные моменты рабочего цикла. Наличие некоторого количества изменений является нормальным явлением и обусловлено случайной природой процесса сгорания, при котором все циклы немного отличаются друг от друга (в одних и тех же условиях работы). Эти изменения от цикла к циклу приводят к изменениям тепловой нагрузки, действующей на датчик и, когда случается кратковременный дрейф, то он также приводит к изменениям чувствительности датчика, увеличивающим разброс показаний давления.

Чтобы применить метод рассмотрим две точки на протяжении цикла, обозначенные как C1 и B2. Первая точка находится в начале процесса всасывания, она характеризует момент, когда датчик давления в цилиндре находится под влиянием тепловых нагрузок сгорания. Вторая точка находится на ходе сжатия, то есть выбрана сразу после газообмена, в течение которого датчик охлаждается. Таким образом, если происходит кратковременный дрейф, он создает в точке C1 больший разброс показаний, чем в точке B2. На рисунке 4 показаны девиации давления от среднего значения выборки для 56 последовательных циклов. В соответствии с описанным выше, кратковременные дрейфы приведут к большему разбросу точек вдоль оси х, чем вдоль оси у. Однако, точки на этом рисунке распределены равномерно относительно осей; это свидетельствует о том, что кратковременный дрейф в данном примере тривиален. Разброс точек относительно диагонали графика позволяет судить о повторяемости эксперимента. Режим, показанный на рисунке 4, характеризуется хорошей повторяемостью.

Рисунок 2. Место монтажа датчика давления 

Рисунок 3. Девиация показаний давления относительно среднего значения выборки. Точка C1: 145 градусов c.a. после компрессии TDC. Точка B2: 80 градусов c.a. перед компрессией TDC.

В случаях с большим кратковременным дрейфом рекомендуется монтировать датчик через адаптер, устраняющий прямой контакт датчика с газами цилиндра во избежание локального нагрева компонентов датчика, главным образом, его диафрагмы. Другое решение состоит в установке датчика в углублении с помощью измерительного канала. Однако, использование такой процедуры монтажа может привести к погрешностям, обусловленным колебаниями потока в канале. 

Специалисты БЛМ Синержи имеют большой опыт в подборе датчиков давления в цилиндре под различные виды двигателей и измерений, и всегда будут рады провести консультацию и подбор датчиков под задачи Заказчика.

(a) Моделирование горящей свечи, представленное вычисленными .

Текущие достижения в области компьютерных наук и технологий цифровой фотографии напрямую влияют на скорость вычислений и объем работы в цифровой фотограмметрии, что делает этот метод конкурентным конкурентом любая другая современная технология 3D-сканирования. Сегодняшнее выступление фотограмметрии является результатом напряженной работы и инноваций многих блестящих философов, ученых, математиков, инженеров и последний, но не менее, художники.Фотограмметрия стара, как сама фотография, более века переживала, адаптировалась и развивалась с изменением технологий, так что сегодня мы наблюдаем ее стремительный рост среди других передовых технологий трехмерной оцифровки и измерения. Возможно, из-за того, что он имитирует уже естественную усовершенствованную систему зрения, человеческое зрение, этот метод надежных измерений характеристик на фотографиях теперь связан с самыми передовыми алгоритмами компьютерного зрения в реальном времени и все еще может быть улучшен.Хотя принципы и методы сбора данных остаются прежними, с каждым годом быстро развиваются программные решения и алгоритмы обработки для цифровой трехмерной реконструкции. Такие функции, как отключение освещения или маскирование, в значительной степени способствуют быстрой и качественной реконструкции, даже если исходный материал не самого высокого качества (тени, блики, нежелательные элементы и объекты и т. Д.). Использование программного обеспечения для редактирования изображений также помогает ускорить процесс за счет значительного улучшения исходного материала с помощью пакетной обработки цвета, баланса белого, коррекции теней и светов изображения, что имеет первостепенное значение для реалистичных высококачественных текстур.Достижения в области автоматизации процессов совмещения изображений и 3D-реконструкции позволяют ускорить процесс обучения, расширяя возможные группы бенефициаров от инженеров и специалистов фотограмметров до других заинтересованных сторон. Это руководство предназначено для пользователей из таких областей, как сохранение культурного наследия, музееведение или археология, не имеющих опыта фотограмметрии, которые могли бы извлечь большую пользу из его мощных возможностей в своей деятельности (долгосрочная 3D-документация, 3D-оцифровка, виртуальные музеи и т. ). Этот том не является исчерпывающим учебником, а скорее представляет собой представление метода и различных решений различных казуистик, которые могут вызвать затруднения. Книга начинается с короткого исторического путешествия с акцентом на приложениях фотограмметрии, являющихся культурным наследием, и на то, как она развивалась до сегодняшнего дня. Это возможность узнать, как выполнялись фотограмметрические измерения до эпохи компьютеров и цифровой фотографии. Затем в теоретической главе рассматриваются математические модели и принципы, лежащие в основе этого «черного ящика», которым является сегодня фотограмметрия.Использование программного обеспечения для автоматической фотограмметрии не требует знания всех этих сложных принципов и алгоритмов. Но краткое упущение может пролить некоторое представление об основных механизмах, которые позволяют «преобразовывать» 2D-изображения в сложные 3D-цифровые модели. Понимание этих механизмов улучшит процесс сбора данных и восприятие пользователем всего рабочего процесса. Таким образом, хотя это и не является обязательным, это необходимо для перспективных проектов и получения качественных результатов.Краткий обзор оборудования и принадлежностей для сбора данных представлен в небольшой главе. Хотя обсуждение может быть очень длинным, в этой главе рассматриваются наиболее важные аспекты основного оборудования, необходимого для записи данных высокого качества, и ключевые аппаратные компоненты для обработки данных. В качестве примечания, некоторые данные и статистические данные для сравнения вычислительной мощности, представленные в настоящее время, актуальны для технологического состояния 2016-2017 гг. Последние главы и основная часть этого руководства — это рабочий процесс и представление казуистики.Мое личное мнение о процессе обучения любому виду навыка заключается в том, что наряду с представлением безупречных результатов следует также сосредоточить внимание на ошибках и на том, что можно из них извлечь. В этих главах большинство решений и приемов представлено с точки зрения типичных плохих результатов и способов их предотвращения. Каждый этап рабочего процесса подробно объясняется рисунками и фотографиями. Например, в разделе сбора данных обсуждаются все возможные ситуации, с которыми оператор может столкнуться во время фотосъемки.Решения и советы представлены для каждого случая с практическими демонстрациями. Раздел обработки данных разделен в соответствии с этапами обработки программного обеспечения Agisoft Photoscan (все примеры в этой книге обрабатываются с помощью этого программного обеспечения). Объясняются все основные параметры обработки (начиная с версии Agisoft Photoscan 1.4 2017) и даются советы. Также представлены дополнительные программные решения для постобработки 3D-моделей. Результаты также обсуждаются с упором на онлайн-публикацию и 3D-печать с подробными примерами таких приложений.Глава, посвященная казуистике и тематическим сценариям, посвящена рассмотрению всех возможных сценариев, встречающихся в трехмерной оцифровке культурного наследия. Глава разделена на предметные типологии по размеру и форме. Особое внимание уделяется сложным предметам (большие объекты, проблемные материалы, полупрозрачные, металлические или макро-размеры) и советам по лучшему сбору данных. Также представлены специальные приложения, такие как макрофотограмметрия или рентгеновская фотограмметрия. Словарь терминов был составлен из разных источников и включает термины, используемые в этой книге, но не только.Это отборный список репрезентативных терминов, которые, как мне кажется, важно объяснить. Все рисунки и примеры в этой книге реализованы автором. В адаптированных рисунках из других учебников, старинных фотографиях или других изображениях, не созданных автором, упоминаются первоисточники. Неопубликованные исследования или результаты других исследователей, представленные в этой книге, заслуживают их признания и цитируются.

Как создать 5-канальный беспламенный имитатор светодиодной свечи: 16 шагов

1. источник питания
2. светодиоды

Для блока питания основными опциями являются либо батареи, либо адаптер переменного тока в постоянный.

• Если используется адаптер переменного тока в постоянный, выберите что-нибудь из 3.Диапазон от 5 до 5,5 В.
  Чем выше, тем лучше для этого приложения. Особенно, если вы собираетесь использовать синие или белые светодиоды (из-за их высокого прямого напряжения они могут не работать на нижнем конце диапазона)
• При использовании батарей диапазон перемещается от 4,5 В до 6 В.

Еще одна вещь, которую следует учитывать при выборе источника питания, — это ток, потребляемый схемой. Самая большая нагрузка — светодиоды. Самый простой способ оценить ток, потребляемый в цепи, — это умножить ток светодиода (см. Следующий раздел) на 5 и прибавить 50 мА.При использовании адаптера переменного / постоянного тока убедитесь, что его выходная мощность превышает это число. При использовании батарей см. Примечания в следующем разделе.

Если вы хотите поменять светодиоды, примите во внимание следующее:

Когда вы выбираете светодиоды, водные прозрачные линзы имеют тенденцию быть ярче и более сфокусированными в одном направлении. Единственными реальными ограничениями являются выходное напряжение источника питания и максимальный ток 200 мА на светодиод.
При просмотре паспорта светодиода есть 2 числа, которые вам понадобятся для следующего раздела.

1. Минимальное / стандартное прямое напряжение (Примечание: убедитесь, что максимальное напряжение плюс 0,6 В меньше, чем напряжение вашего источника питания)
2. Рекомендуемый максимальный прямой ток (непрерывный НЕ импульсный / пиковый)

Для установки значения резистора ограничения тока светодиода используйте следующую формулу :

Rled = (Vsupply — Vfled) / Iled
, где
Rled = значение резистора в омах (ВСЕГДА округляется до следующего стандартного значения)
Vsupply = напряжение вашего источника питания
Vfled = Минимальное прямое напряжение / типичное для вашего светодиода
Iled = Максимальный постоянный прямой ток светодиода в A (примечание 1000mA = 1A)

В текущем комплекте у нас есть следующие значения:

Vsupply = 6V (питание от аккумулятора)
Vfled = 2.1 В
Iled = 50 мА => 0,05 А
Итак:
(6 — 2,1) / 0,05 = 78 Ом
78 Ом не является стандартным резистором 5%, поэтому округлите до следующего стандартного значения 82 Ом.

Иллюзия свечи: виртуальные изображения | Научный проект

• 2 чайные свечи
• Зажигалка
• Взрослый для зажигания свечей
• Прозрачный джевел футляр для компакт-дисков
• Темная поверхность (подойдет черный плотный картон или черная футболка, положенная на стол)
• Темная комната

1. При включенном свете подготовьте темную поверхность.
2. Удалите обложку альбома из футляра для компакт-диска, чтобы откидная крышка превратилась в прозрачную панель.
3. Положите футляр для компакт-диска набок на темную поверхность. Откройте корпус компакт-диска под углом 90 градусов.
4. Возьмите одну чайную свечу и поместите ее на одну сторону прозрачной панели футляра для компакт-дисков. Убедитесь, что вы видите его отражение в прозрачной части корпуса. В каком положении в пространстве находится отраженное изображение? Как вы думаете, почему это так?
5. Возьмите другую чайную свечу и поместите ее с другой стороны прозрачной крышки футляра для компакт-дисков.Выровняйте вторую свечу так, чтобы она находилась в том же видимом месте, что и отраженное изображение вашей первой чайной свечи.
6. Двигайте головой, глядя на вторую чайную свечу через футляр для компакт-дисков. Вы видите отражение первой чайной свечи? Не кажется ли, что это когда-либо накладывается на реальное изображение второй чайной свечи?
7. Теперь взгляните на ориентацию футляра для компакт-диска и чайных свечей сверху. Обратите внимание на положение двух чайных свечей. Что особенного в их положении относительно прозрачной панели корпуса компакт-диска? Что особенного в их положении по отношению друг к другу?
8. Слегка отодвиньте первую чайную свечу от коробки с компакт-диском. Что происходит с отражением?
9. Сдвиньте вторую чайную свечу так, чтобы она совпадала с видимым местоположением отражения первой чайной свечи.
10. Выключите свет и зажгите чайную свечу, расположенную на ближайшей к вам стороне прозрачной панели.Посмотрите на отраженное изображение. Что ты видишь?
11. Если вы хотите превратить это в отличную иллюзию для другого наблюдателя, убедитесь, что они не видят заранее, как вы это настраиваете! Ваш наблюдатель должен наблюдать иллюзию со стороны прозрачного стекла с зажженной свечой. Коснитесь фитиля незажженной свечи на противоположной стороне панели рукой. Ваш наблюдатель может быть удивлен, что вы не обожжетесь!

Когда вы ставили эксперимент с включенным светом, отраженное изображение вашей первой чайной свечи выглядело как вторая чайная свеча, расположенная где-то за прозрачной панелью.

Когда вы поместили вторую чайную свечу за прозрачную панель, чтобы выровняться с видимым местом отражения первой чайной свечи, вы должны были заметить, что обе свечи были в одном и том же месте относительно прозрачной панели коробки для компакт-дисков. Это явление известно как зеркальная симметрия . Когда вы меняете положение вашей первой свечи относительно футляра для компакт-диска, ее отражение также меняет свое относительное положение, поскольку отражение, которое вы видите, является зеркальным отражением и настоящей чайной свечи.

А теперь самое интересное: когда вы зажигали первую чайную свечу, вторая свеча за прозрачной панелью тоже выглядела так, как будто она зажжена. Так как же получилось?

Прозрачные поверхности, такие как прозрачная панель на футляре для компакт-дисков, могут как пропускать свет (позволять свету проходить через него), так и отражать свет (отражать свет от своей поверхности). Иллюзия создается виртуальным изображением (созданным отраженным светом), транспонированным поверх реального изображения (созданного проходящим светом) . Еще не запутались? Вот как это работает:

Каждая поверхность демонстрирует некоторое пропускание и некоторое отражение. Для очень прозрачных веществ, таких как стекло, отражается только около 10% падающего на него света. Остальные 90% передаются — проходят прямо насквозь. Когда вы зажигаете одну из чайных свечей в темной комнате, часть ее света проходит через футляр для компакт-диска, а часть отражается. Несмотря на то, что футляр может отражать только около 10% света пламени, этого отраженного света более чем достаточно, чтобы создать иллюзию двух пламен, а не одного пламени и одного незажженного фитиля.

Education.com предлагает идеи проекта Science Fair для информационных целей. только для целей. Education.com не дает никаких гарантий или заверений относительно идей проектов Science Fair и не несет ответственности за любые убытки или ущерб, прямо или косвенно вызванные использованием вами таких Информация. Получая доступ к идеям проекта Science Fair, вы отказываетесь от отказаться от любых претензий к Education.com, которые возникают из-за этого. Кроме того, ваш доступ к веб-сайту Education.com и идеям проектов Science Fair покрывается Политика конфиденциальности Education.com и Условия использования сайта, которые включают ограничения об ответственности Education.com.

Настоящим дается предупреждение, что не все идеи проекта подходят для всех индивидуально или при любых обстоятельствах. Реализация идеи любого научного проекта должны проводиться только в соответствующих условиях и с соответствующими родительскими или другой надзор.Прочтите и соблюдайте правила техники безопасности всех Материалы, используемые в проекте, являются исключительной ответственностью каждого человека. Для Для получения дополнительной информации обратитесь к справочнику по научной безопасности вашего штата.

Частотные и фазовые характеристики колебаний пламени свечи

Влияние количества свечей на один осциллятор

Kitahata et al . указал, что пламя осциллятора с одной свечой будет периодически мерцать, если оно состоит не менее чем из 3 свечей.В остальном он поддерживает стабильное горение. Таким образом, происхождение колебаний и влияние количества свечей в осцилляторе заслуживают подробного исследования. Экспериментально протестированы генераторы пламени, содержащие от 1 до 10 свечей. Расположение свечей обозначено желтыми точками на рис. 1. Высокоскоростная камера выровнена по центру пламени свечи с фиксированным расстоянием между ними. Все кадры записываются, когда пламя достигает стабильного колебательного состояния и, как показано на рис.1 полутоновые изображения отображают пиковый момент каждой группы пламени. Профиль пламени изменяется по амплитуде, которая обычно имеет тенденцию монотонно увеличиваться с количеством свечей. Для одиночной свечи пламя не показывает видимых колебаний и остается стабильным; для группы из 2 свечей яркость пламени немного увеличивается, и пламя временами демонстрирует крошечные колебания, но не регулярно и не явно. Для группы, состоящей из более чем 3 свечей, пламя демонстрирует регулярные колебания, которые имеют более или менее стабильные амплитуду и частоту.По мере увеличения количества зажженных свечей яркость также монотонно увеличивается. Получены временные ряды (см. Раздел «Методы»), которые показаны на рис. 2 (а). Частотный спектр каждого осциллятора получается с помощью быстрого преобразования Фурье (БПФ), и его зависимость от количества свечей показана на рис. 2 (b). Когда число меньше 3, пламя остается стабильным, но непериодическим. Когда число равно или больше 3, появляются колебания, и частота монотонно уменьшается по мере увеличения числа.Причем частота остается в диапазоне 10–12 Гц, что, как и следовало ожидать, совпадает с результатами T. Maxworthy и Hamins et al . ^26,27 , в котором речь идет о диффузионном пламени, а частота определяется диаметром струй и силой потока. Данные соответствуют эмпирической формуле между частотой и диаметром горелки ²⁸ : f ∝ D ^−0,49 .

Полутоновые изображения от 1 до 10 свечей. По мере увеличения числа пламя становится больше по ширине и высоте.Точки в верхнем левом углу представляют собой расположение связанных свечей в каждой группе.

( a ) Временной ряд яркости пламени при разном количестве свечей в группе. По мере увеличения числа резко увеличивается амплитуда и среднее значение яркости. ( b ) Число — Частотная диаграмма. Когда число меньше 3, частоты равны нулю; когда число равно 3 или больше, частоты монотонно уменьшаются. Синяя линия была линейной.( c ) Число — График яркости. Яркость — это среднее значение за один период для каждой группы. Яркость увеличивается с увеличением числа. Оба столбца ошибок соответствуют стандартному отклонению шести повторяющихся экспериментов.

Когда количество содержащихся свечей увеличивается, соответственно увеличивается расход топлива и, таким образом, увеличивается потребность в кислороде. Открытый воздух вокруг горящих свечей имеет довольно низкий расход ²⁹ , который можно рассматривать как квазистатический.Когда реакция более резкая, для пополнения необходимого количества воздуха в зоне горения требуется больше времени. Между тем, затяжка, создаваемая свечами, становится больше по мере увеличения числа, требуя больше времени, чтобы всплыть вверх на открытый воздух. Как следствие, частота осциллятора уменьшается с увеличением числа.

Примечательно, что расположение также влияет на поведение колебаний, даже при одинаковом количестве свечей в осцилляторе. В случае 6 свечей, например, в нашем эксперименте проверяются три типа расположения, и обнаруживается, что яркость и частота все разные.Первый тип, как показано слева на рис. 3 (а), имеет наибольшую амплитуду и наименьшую частоту из-за его наибольшей ширины. С другой стороны, наиболее близко расположенная группа имеет самую высокую частоту, но наименьшую амплитуду, поскольку меньшая реакционная поверхность приведет как к меньшему потреблению кислорода, так и к меньшей затяжке, как упомянуто выше. Однако в действительности разница в этих трех случаях незначительна, что говорит о том, что влияние расположения намного слабее, чем количество свечей.

Разное расположение 6 свечей в группе. ( a ) Полутоновые изображения и ( b ) временные ряды каждого типа. Соответствующие частоты: 10,7227 Гц / 10,7802 Гц / 10,9570 Гц (слева направо).

Синхронизация между двумя идентичными симметричными осцилляторами

Влияние количества свечей и их расположения на амплитуду и частоту колебаний для одного осциллятора обсуждалось в предыдущем разделе. В этом разделе мы исследуем связанную систему из двух идентичных генераторов.Kitahata и др. . обнаружили, что два генератора пламени демонстрируют синфазную синхронизацию, когда расстояние между ними составляет от 20 мм до 30 мм, и противофазную синхронизацию на расстоянии от 30 мм до 48 мм. В наших экспериментах расстояние между свечами изначально установлено на 20 мм, но заканчивается на 60 мм с шагом 5 мм. На рисунке 4 показаны полутоновые изображения синфазного и противофазного колебания. По мере увеличения расстояния состояние синхронизации системы изменяется с синфазного на противофазное примерно на 35 мм и с противофазного на некогерентное на 60 мм.Зависимость между расстоянием и частотой осцилляторов регистрируется и анализируется и хорошо соответствует предыдущему результату ¹ . Частота немного увеличивается, когда система синхронизирована по фазе, но уменьшается с высокой частоты в противофазе. Кроме того, были представлены изображения Шлирена для исследования состояний синхронизации между группами свечей. Сравнивая схемы синфазной и противофазной синхронизации, мы можем различить их.Что касается синфазного режима, контур картины потока демонстрирует пространственную симметрию, а внутренний профиль близок к прямой линии. В противофазном режиме наблюдаются асимметричные кривые контура и внутренней линии. Наблюдение за схемами потока может дать другую перспективу различения режимов синхронизации.

( a ) Полутоновое изображение синфазной (20 мм между двумя генераторами, слева) и ( b ) противофазной синхронизации (35 мм, справа).(см. дополнительные видеоролики S1 и S2) ( c ) Шлирен-изображения синфазного режима (см. дополнительный видеоролик S3) и ( d ) противофазного режима.

После изучения симметрично связанной системы двух осцилляторов переходим к системе трех свечей, расположенных в равнобедренном треугольнике. Когда расстояния между ними достаточно малы, каждая свеча в стабильно горящем треугольнике начинает колебаться и показывает синфазную синхронизацию друг с другом. Как показано на рис.5, меньшая амплитуда колебаний пламени наблюдается на свече, находящейся на вершине, когда этот угол меньше 60 градусов, и большая амплитуда наблюдается для угла вершины больше 60 градусов. Согласно нашему анализу, разница связана с разной силой сцепления. Прочность связи складывается из теплового излучения и теплового потока ¹ , а также из вихревого воздушного потока ^3,29 . Более близкое расстояние приводит к более высокой температуре между пламенем и более высокой скорости вихря, что приводит к большему влиянию на прочность сцепления.В первом случае треугольник имеет две длинные стороны и короткое основание. Следовательно, свеча на вершине слабо связана с двумя другими и имеет меньшую амплитуду, в то время как в последнем случае связь становится относительно более сильной, что приводит к более высокой амплитуде.

( a ) Полутоновые изображения трех свечей, расположенных в виде равнобедренного треугольника с основанием 2 см. Точки в верхнем левом углу обозначают аранжировки. Угол при вершине левой части составляет 39 градусов (<60 градусов), а правой - 120 градусов (> 60 градусов).( b ) Временной ряд яркости. Кривая вершины свечи (сидящая посередине на полутоновых изображениях) представлена ​​красными кривыми, которые имеют наименьшую или наибольшую амплитуду соответственно, а остальные — черным и синим.

В наших экспериментах мы фокусируемся на воздействии теплового излучения, которое положительно коррелирует с температурой. Следовательно, измерение температуры между пламенами может указывать на силу связи между осцилляторами. Поскольку поток излучения затухает с расстоянием по закону обратных квадратов, мы предполагаем, что для одного осциллятора существует эффективный диапазон излучения, в котором другое пламя подвергается значительному влиянию, в то время как влияние излучения снаружи можно игнорировать.Чем выше температура, тем выше прочность сцепления и наоборот. Когда она падает почти до температуры окружающей среды, генераторы не могут поддерживать связь. Следовательно, сила связи монотонно уменьшается с увеличением расстояния между свечами, что позже будет использовано для создания феноменологического объяснения результатов.

Многие исследования показали, что при постепенном изменении силы связи между связанными осцилляторами существует пороговое значение ^{30,31,32,33,34} для перехода состояний синхронизации, или стабильность когерентных состояний в бассейне изменяется вместе с изменение прочности сцепления ³⁵ .Рассматривая эксперименты с двумя идентичными осцилляторами, мы могли бы интуитивно прийти к выводу, что сила связи должна уменьшаться вместе с увеличением расстояния между ними. При распаде до определенной точки состояние синхронизации должно переключаться с когерентного на некогерентное. Однако эта интуиция не соответствует результату, показанному на рис. 6. Когда расстояние увеличивается, состояние переключается с синфазной на противофазную синхронизацию. Это означает, что переход состояний не вызван сменой бассейна.Следовательно, причина перехода между состояниями заслуживает дальнейшего исследования.

Феноменологическое объяснение механизма синхронизации в симметричной системе. Каждый столбец расположен в порядке синфазного, противофазного и некогерентного решения по мере увеличения расстояния. ( a — c ) Кривые феноменологической модели. ( d — f ) Кривые моделирования с использованием данных распределения температуры отдельной группы, содержащей 3 свечи. ( г — i ) Кривые распределения реальной температуры. ( j — l ) Инфракрасные изображения.

Учитывая связь, вызванную тепловым излучением между генераторами пламени, распределение температуры между двумя генераторами было исследовано с помощью инфракрасной камеры. На рис. 6 (j – l) показан случай синфазного (20 мм между двумя осцилляторами), противофазного (40 мм) и некогерентного (70 мм) колебаний. На основе всех этих экспериментальных наблюдений была предложена «модель перекрывающихся пиков» для объяснения этого явления.С помощью модели мы могли связать изменение расстояния с переходом состояний синхронизации. Модель показана на рис. 6 и описывается следующим образом. Как показано на рис. 6 (a – c), красная сплошная линия представляет диапазон при максимальном излучении, а черная — диапазон минимума. Обе линии представляют собой кривые Гаусса. Горизонтальная ось указывает на незначительную мощность излучения. Для связанных генераторов сила связи представлена ​​площадью перекрытия под двумя кривыми эффективного излучения.Кривые максимального и минимального излучения являются ключевым моментом модели. Очевидно, что в случае двух связанных пламен будет четыре перекрывающиеся области, образованные этими двумя парами кривых. Область перекрытия двух минимальных профилей залита черным цветом и помечена как S3, а максимальное перекрытие отмечено красным и S1, как показано на рис. 6 (а); желтая (зеленая) область, обозначенная как S2 (S2 ‘), указывает на перекрытия, образованные одним пламенем, достигающим своей максимальной (минимальной) кривой, а другое — минимальной (максимальной) кривой, как показано на рис.6 (б) например. Следует отметить, что эти домены могут перекрываться друг другом. Таким образом, чтобы гарантировать определение каждого домена, не все из них показаны на каждом суб-рисунке. Например, на рис. 6 (a) домен S1 частично покрывается S3, а S2 и S2 ‘не выражаются, пока они действительно существуют. Когда осцилляторы достаточно близки, соотношение S1> S2> S3> 0 удовлетворяется, как показано на рис. 6 (a). То есть, даже если два пламени упадут до своего минимума, система все равно будет иметь адекватную связь для поддержания синфазной синхронизации.По мере увеличения расстояния домен S3 исчезает, следовательно, S1> S2> 0 = S3, как показано на рис. 6 (b). В этом случае пламя не может поддерживать достаточно сильную связь для поддержания когерентности, если оба пламени достигают минимума, в то время как при антисинхронизации два пламени поочередно достигают минимума и способны поддерживать связь и когерентность. Когда расстояние достаточно мало, S1> 0 = S2 = S3, как показано на рис. 6 (c). В этой ситуации пламя не может поддерживать ни синфазную, ни противофазную синхронизацию, поскольку силу связи большую часть времени недостаточно, и колебания становятся некогерентными, т.е.е., разность фаз между двумя осцилляторами не может быть зафиксирована.

Если предложенная модель верна, то температурная кривая и явления должны соответствовать предсказанию модели. Чтобы проверить нашу модель, мы сделали инфракрасные изображения отдельной группы пламени свечи, когда оно достигает максимума и минимума. Затем рассчитывается кривая распределения температуры, которая рассматривается как эффективный объем излучения одиночного генератора. Температура окружающей среды считается нижней асимптотической линией для кривых, поскольку сила связи с обеих сторон обнуляется, когда кривые переходят в состояние температуры окружающей среды.Мы применяем два набора одинаковых кривых для моделирования распределения температуры связанной системы двух идентичных генераторов. Сравнивая эти смоделированные кривые (d – f) с кривыми, заданными моделью слева (a – c) и реальными распределениями температуры справа (g – i), мы получили согласованные результаты с помощью тех же методов построения графиков. Эти результаты показывают, что наша модель обеспечивает достоверное и содержательное предсказание явлений, наблюдаемых в экспериментах. До сих пор на основе этой модели состояние синхронизации можно было феноменологически объяснить: когда осцилляторы достаточно близки друг к другу, положительная обратная связь теплового излучения приводит к синфазному режиму; когда расстояние становится больше, система должна поддерживать разность фаз π -фаз, чтобы оставаться стабильной; когда расстояние достаточно велико, сила связи настолько мала, что генераторы не могут согласовываться друг с другом независимо от разности фаз.

Синхронизация между неидентичными асимметричными осцилляторами и их разность фаз

В симметричной связанной системе наблюдается несколько интересных явлений, и в этом разделе мы изучаем связанную систему из двух неидентичных осцилляторов. Обсуждаются две асимметричные системы. (1) Паттерн «3 + 6», который состоит из осциллятора, содержащего 3 свечи, и одного, содержащего 6 свечей, как показано на рис. 7 (a), а соответствующий анализ изображен на рис. 8. (2) Паттерн «1 + 6», который состоит из осциллятора с одной свечой и другого с 6 свечами, как показано на рис.9 (а).

( a ) Асимметричное расположение системы «3 + 6». ( b — d ) Временные ряды и разности фаз. Черные пунктирные линии для группы из 6 свечей, сплошные красные линии для группы из 3 свечей и синие пунктирные линии для разности фаз. (См. Дополнительный видеоролик S4) ( b ) синфазная синхронизация (15 мм). –35 мм), ( c ) почти противофазная синхронизация (35 мм – 55 мм), ( d ) некогерентное колебание (> 55 мм).

Феноменологическое объяснение механизма синхронизации в асимметричной системе. Каждый столбец располагается по мере увеличения расстояния. ( a — c ) Кривые феноменологической модели. ( d — f ) Кривые моделирования с использованием данных распределения температуры одной группы, содержащей 3 свечи. ( г — i ) Кривые распределения реальной температуры. ( j — l ) Инфракрасные изображения.

( a ) Асимметричное расположение системы «1 + 6».( b — d ) Временные ряды и разности фаз. Черные пунктирные линии для 6 свечей, красные сплошные линии для одиночной свечи и синие пунктирные линии для разности фаз. ( b ) Синхронизация, близкая к синфазной (15 мм – 35 мм), ( c ) синхронизация, близкая к противофазной (35 мм – 55 мм), ( d ) некогерентное колебание (> 55 мм).

Начнем с схемы «3 + 6». Как и в симметричной системе, пламя было синхронизировано и синхронизировано по фазе.Однако, когда пламя очень близко (15–35 мм в наших экспериментах), разность фаз уже не равна нулю из-за ее асимметрии. По мере увеличения расстояния (35–55 мм) система переходит в фазовую синхронизацию, близкую к противофазной. Когда расстояние больше 55 мм, пламя становится некогерентным, и разность фаз постоянно изменяется. На рис. 7 (b – d) показаны временные ряды для этих случаев. Те же результаты получены в частотной области. Состояние синхронизации, близкое к противофазе, имеет более высокую частоту, которая уменьшается по мере увеличения расстояния между осцилляторами, в то время как состояние, близкое к синфазному, имеет более низкую, но увеличивающуюся частоту.

«Модель перекрывающихся пиков» также может быть применена для объяснения синхронизации в асимметричной системе. Реализованы аналогичные методы, но изменены некоторые детали. Согласно нашей модели, состояние синхронизации должно напоминать синфазный режим, когда расстояние меньше, и противофазный режим, когда больше. Кроме того, в колебаниях должна преобладать большая группа «6», которая имеет более сильную связь. На рис. 8 левыми осцилляторами изображен исхудавший осциллятор, содержащий 3 свечи, в то время как правые кривые обозначают устойчивый осциллятор с 6 свечами соответственно.В отличие от симметричных случаев, эффективные области излучения «3» и «6» не идентичны, следовательно, перекрывающиеся области также не являются симметричными, особенно для областей S2 и S2 ‘, которые определяют силу связи с другими и больше не равны. Для случая, когда S1> S2 (> S2 ′)> S3> 0, осциллятор «6», по-видимому, наложит более сильную силу связи на «3» (что означает, что «6» имеет более высокую температуру или более сильное излучение), таким образом, «3 »Достигнет своего максимального пика раньше, так как его пик ниже« 6 »и появляется определенная разность фаз.Для S1> S2 (> S2 ′)> 0 = S3 эта мода смещается от предполагаемой противофазы с некоторой разницей из-за асимметрии в S2 и S2 ′. Когда расстояние достаточно велико, сила связи становится незначительной и приводит к некогерентности фазы, которая имеет монотонно изменяющуюся разность фаз, вызванную разной собственной частотой для «3» и «6», а не едва меняющейся разностью фаз в симметричной системе. .

Аналогичным образом строятся кривые моделирования и реальные профили распределения температуры, которые соответствуют нашей модели.Наша модель может быть применима и к этому случаю: достаточно замкнутые генераторы, более подверженные воздействию излучения, приводят к синфазному режиму; большее расстояние требует, чтобы система поддерживала одинаковый противофазный режим, чтобы оставаться стабильной; генераторы теряют свою когерентность, когда расстояние достаточно велико.

В конце этого раздела обсуждается шаблон «1 + 6», асимметрия которого гораздо более отчетлива, чем в случае «3 + 6». Как отмечалось ранее, пламя одиночной свечи не колеблется и остается стабильным в изолированной ситуации.Однако, когда генератор «6» расположен рядом (<15 мм), «1» начинает колебаться, что вызвано связью с «6», и демонстрирует синхронизацию, близкую к синфазной, как и в случае «3 + 6». По мере увеличения расстояния, где-то между 15 мм и 45 мм, амплитуда колебаний «1» уменьшается до небольшого значения и отображает противофазную синхронизацию. Когда расстояние больше 45 мм, связь становится настолько слабой, что пламя единственной свечи перестает колебаться и восстанавливает стабильность.Между тем группа «6» все еще колеблется. Соответствующие временные ряды показаны на рис. 9 (b – d), а распределение температуры - на рис. 10. По мере увеличения расстояния температура в середине между двумя пламенами спадает до температуры окружающей среды, указывая на то, что эффективное взаимодействие через радиация становится незначительной.

( a , b ) Инфракрасные изображения и ( c , d ) распределение температуры в горизонтальном направлении. ( c ) Когда расстояние близко (20 мм), пламя одиночной свечи подвергается воздействию излучения «6» и начинает колебаться. Температура в среднем пространстве между двумя пламенами заметно выше температуры окружающей среды. ( d ) При большом расстоянии (60 мм) сила связи незначительна, и пламя одиночной свечи остается стабильным без колебаний. Температура между ними близка к температуре окружающей среды.

Обсуждение изменений разности фаз в связанных системах

В разделе 3.2 и 3.3, несколько изменений разности фаз наблюдались в различных связанных системах, которые в целом можно разделить на два случая: (1) некогерентная фаза, которая вызвана довольно слабой связью. (2) Дискретно изменяющаяся фаза, которая формирует огибающие во временных рядах и отображает шаги по разности фаз. Их различие и происхождение будут обсуждаться в следующем разделе.

Первый случай изменения фазы происходит из-за большого расстояния между пламенами, что приводит к слишком слабой связи для сохранения когерентности.Для идеальной симметричной системы разность фаз должна оставаться постоянной даже при большом расстоянии между осцилляторами, поскольку собственная частота осцилляторов одинакова. Однако в нашем эксперименте наблюдается небольшое изменение разности фаз, которое медленно изменяется за половину периода (в пределах π ). На основании наблюдений и анализа такого рода изменения объясняются нестабильным горением свечи. Поскольку пламя длится более 10 секунд, фитили свечей, участвующих в горении, удлиняются и наклоняются наружу, следовательно, пламя теряет свою симметрию и плотность и вызывает неравномерность колебаний.Незначительное изменение амплитуды также вызовет изменения частоты и разности фаз. Для системы с асимметрией ясно, что разность фаз должна изменяться монотонно, поскольку собственные частоты неидентичных осцилляторов различны, как это наблюдается в наших экспериментах.

Во втором случае в наших экспериментах наблюдаются более интересные изменения разности фаз. Рассматривается еще одна асимметричная система «3 + 6», показанная на рис. 11 (c). Амплитуды обоих осцилляторов имеют периодические огибающие.Скорость изменения фазы в этом случае намного выше, чем в первом случае, почти вдвое больше. Такое непрерывное изменение разности фаз, вероятно, связано с периодическими огибающими амплитуды, которые указывают на периодически изменяющуюся частоту.

Сравнение нескольких типов изменения разности фаз. Сплошные красные и черные пунктирные линии для временных рядов двух осцилляторов и синие пунктирные линии для разности фаз. ( a ) Симметричная система «3 + 3» на расстоянии 80 мм.Амплитуда каждой группы слегка колеблется, а разность фаз слегка меняется. ( b ) Асимметричная система «3 + 6» на расстоянии 55 мм. Хотя амплитуды практически не меняются, разность фаз монотонно увеличивается, поскольку собственные частоты различны. ( c ) Другое расположение асимметричной системы «3 + 6» на расстоянии 30 мм, что показано желтыми точками в правом нижнем углу. При этом амплитуды обеих групп имеют периодические огибающие, а разность фаз увеличивается «ступенями».(см. Дополнительный видеоролик S5)

Метод численного моделирования

Вычислительный симулятор гидродинамики Fire Dynamics Simulator (FDS), разработанный NIST, использовался для моделирования поведения при пожаре. Результаты моделирования сравнивались и оценивались на основе визуальной иллюстрации формы пламени, а также распределения температуры вокруг кончика пламени.

Параметры, связанные с теплом, используемые в имитационной модели, зафиксированы на определенных значениях и могут не полностью соответствовать реальным ситуациям из-за отсутствия оборудования для измерения теплового потока.Сначала мы смоделировали ситуацию, соответствующую разделу 3.2. Чтобы получить подходящие начальные значения для моделирования одной группы свечей, мы использовали метод, аналогичный тому, который описан в разделе 3. 1, где скорость тепловыделения на единицу площади (HRRPUA) горящей части в модели постоянно корректировался, чтобы найти минимально применимые параметры для группы. Мы также провели моделирование других обстоятельств, чтобы увидеть результат.

Для моделирования вокруг виртуальной свечи была создана область размером 140 × 60 × 200 мм ³ , содержащая 210000 ячеек.Граничное условие было установлено как открытие вентиляционных отверстий для 4 боковых стен и потолка свечи и как холодная инертная стена для пола. Модель свечи была упрощена для уменьшения потребления вычислительных ресурсов, которая состоит из инертной свечи размером 11 × 11 × 20 мм ³ и фитиля 5,5 × 5,5 × 10 мм ³ . Основание и фитиль соосно выровнены, а поверхности фитиля имеют одинаковую HRRPUA 1340,0 кВт / мм ² по умолчанию. Кроме того, свойства горящего воска были взяты из предыдущих результатов измерений.Начальные параметры двух свечей устанавливаются одинаковыми в начале моделирования.

Тот же процесс для двух идентичных генераторов был затем повторен в моделировании. Результаты показаны на рис. 12. По мере увеличения расстояния между ними мы обнаружили синфазные и противофазные колебания на 30 мм и 45 мм. Также, когда расстояние больше 70 мм, осцилляторы становятся некогерентными, что аналогично экспериментальным результатам. Моделирование подтвердило, что режимы синхронизации могут изменяться вместе с увеличением расстояния.Сходство между результатами экспериментов и моделирования также служит подтверждением предложенной феноменологической модели.

Снимок результатов моделирования FDS для синфазной и противофазной синхронизации. ( a ) Синфазный режим на 30 мм и ( b ) противофазный режим на 45 мм. Оба рисунка имеют общие параметры, упомянутые выше, а области пламени представлены приблизительно в виде трехмерной поверхности температурного контура (розового цвета).

Почему свеча дымится только тогда, когда она погашена? »Science ABC

Это довольно интригующий аспект свечей… пока они горят, они не производят никакого дыма, но в момент их задувания на короткое время производят вздымающиеся потоки дыма.

Свечи дымятся при тушении, но не при горении. (Фото: Pixabay)

В чем причина этого странного колдовства?

Чтобы понять это, полезно сначала взглянуть на то, как работают свечи.

Как работает свеча?

Свеча работает в результате сгорания (топлива) — процесса, в результате которого выделяется тепло, а следовательно, и свет.

Свеча состоит из двух частей: фитиля и воскового тела.

Фитиль — это небольшая часть, которая выступает из верхней части воскового тела. Это та часть, которая на самом деле горит и производит пламя. Фитиль обычно представляет собой плетеную хлопковую нить, которая удерживает пламя свечи в течение определенного периода времени, в зависимости от количества фитиля, используемого в свече.

Капиллярное действие

Фитиль горит из-за явления, называемого «капиллярным действием», когда топливо (то есть воск) подается к фитилю, который поддерживает горение пламени.

Когда свеча зажигается спичкой, небольшое количество воска, присутствующее на фитиле и рядом с ним, начинает таять. Затем фитиль впитывает расплавленный воск и тянет его вверх (за счет капиллярного действия). Тепло пламени испаряет расплавленный воск (в данном случае «топливо»), который, в свою очередь, соединяется с кислородом воздуха (горение), создавая постоянное пламя.

Вот так свеча продолжает гореть, пока в ней не кончится топливо. Когда это происходит, мы говорим, что свеча «перегорела».

Эта свеча почти перегорела.(Фотография предоставлена ​​Дж. Самуэлем Бёрнером / Wikimedia Commons)

Почему свеча дымится, когда она задувается / гаснет?

В тот момент, когда вы задуваете горящую свечу, вы наверняка заметили, что она выделяет дым в течение нескольких секунд, прежде чем станет полностью «неактивным». Когда свеча действительно горела, дыма нигде не было видно, так откуда же вдруг появился этот дым?

Интересно, что дым, который вы видите, когда задуваете свечу, на самом деле не «дым»; это испаренный парафиновый воск. Чтобы представить это в перспективе, подумайте вот о чем: что пар для воды, испаренный парафин для свечного воска.

Парафиновый парафин. (Фото: Pixabay)

Статьи по теме

Статьи по теме

Как упоминалось ранее, когда горит свеча, горит не фитиль, а воск свечи. Свечной воск легко воспламеняется, но только в испарении. Когда вы задуваете свечу, тепло остается и продолжает испарять воск свечи (правда, всего несколько секунд).Это создает след того, что кажется свечным дымом.

Очень интересно отметить, что, поскольку дым представляет собой испаренный воск, вы действительно можете снова зажечь свечу, зажигая дым (а не сам фитиль)!

Я бы сказал, что это довольно крутой эксперимент, который стоит попробовать дома, не так ли?

Свечные графики для дневной торговли

Свечные графики

История свечных графиков

Создание свечных графиков широко приписывают японскому торговцу рисом 18 ^{-х годов} века Мунехисе Хомме.О его мастерстве игры на рынках торговли рисом ходили легенды. Считается, что его методы свечей подвергались дальнейшим изменениям и корректировкам с течением времени, чтобы они стали более применимыми к текущим финансовым рынкам. Стивен Нисон представил свечи западному миру в своей книге «Методы построения японских свечей». Свечи стали основным продуктом каждой торговой платформы и графической программы буквально для каждого финансового торгового инструмента. Глубина информации и простота компонентов делают графики свечей фаворитом среди трейдеров.Возможность связать воедино множество свечей, чтобы выявить базовый паттерн, делает его незаменимым инструментом при интерпретации истории и прогнозов ценового действия.

Как читать графики свечей

Формирование основной свечи

Подсвечник состоит из трех частей; верхняя тень, нижняя тень и тело. Тело окрашено в зеленый или красный цвет. Каждая свеча представляет собой сегментированный период времени. Данные свечей суммируют выполненные сделки за определенный период времени.Например, 5-минутная свеча представляет данные о сделках за 5 минут. В каждой свече есть четыре точки данных: открытие, максимум, минимум и закрытие. Открытие — это самая первая сделка за определенный период, а закрытие — самая последняя сделка за этот период. Открытие и закрытие считается телом свечи. Максимум — это сделка с самой высокой ценой, а минимальная — сделка с самой низкой ценой за этот период.

Как читать подсвечник

Максимум представлен вертикальной линией, идущей от вершины тела до максимальной цены, называемой тенью, хвостом или фитилем.Минимум свечи — это нижняя тень или хвост, представленный вертикальной линией, идущей вниз от тела. Если цена закрытия выше, чем цена открытия, тело окрашивается в зеленый цвет, что означает чистый прирост цены. Если цена открытия выше, чем цена закрытия, тело окрашивается в красный цвет, так как это означает чистое снижение цены.

Свечные модели

Каждая свеча рассказывает историю противостояния быков и медведей, покупателей и продавцов, спроса и предложения, страха и жадности.Важно помнить, что для большинства свечных паттернов требуется подтверждение, основанное на контексте предшествующих свечей и текущей свечи. Многие новички совершают распространенную ошибку, обнаруживая единственную свечу без учета контекста. Например, свеча-молот представляет собой дно краткосрочной капитуляции, если она формируется после трех предшествующих медвежьих свечей, тогда как свеча-молот, которая формируется на «плоских» боковых свечах, в основном бесполезна. Поэтому полезно понимать «историю», которую представляет каждая свеча, чтобы получить твердое представление о механике паттернов свечных графиков.Эти паттерны имеют тенденцию повторяться постоянно, но рынок так же часто будет пытаться обмануть трейдеров в том же духе, когда не учитывается контекст. Графики свечей, как правило, представляют больше эмоций из-за окраски тел. Для достижения наилучших результатов разумно убедиться, что они включены в другие показатели. Ниже приведены некоторые из распространенных моделей разворота свечей.

Молотковый подсвечник

Молотковый подсвечник

Молот — свеча бычьего разворота.Это один из наиболее (если не самый) широко используемый свечной паттерн. Он используется для определения дна капитуляции, за которым следует отскок цены, который трейдеры используют для входа в длинные позиции.

Свеча-молот формируется в конце нисходящего тренда и указывает на ближайшее ценовое дно. Свеча-молот имеет более низкую тень, которая делает новый минимум в последовательности нисходящего тренда, а затем закрывается снова вверх около или выше открытия. Нижняя тень (также называемая хвостом) должна быть как минимум в два или более раз больше тела.Это представляет лонгов, которые, наконец, бросили полотенце и остановились, когда шорты начинают закрывать свои позиции, и охотники за скидками выходят из-за забора. Увеличение объема также способствует укреплению молота. Чтобы подтвердить свечу-молот, важно, чтобы следующая свеча закрылась выше минимума свечи-молота и предпочтительно выше тела. Типичным сигналом на покупку является вход выше максимума свечи после молота со следящим стопом либо ниже минимума тела, либо ниже минимума свечи-молота.Разумно синхронизировать вход с индикатором импульса, таким как MACD, стохастик или RSI.

Подсвечник падающая звезда

Подсвечник падающая звезда

Падающая звезда — это свеча медвежьего разворота, указывающая на пик или вершину. Это точная инверсия свечи-молотка. Звездочка должна сформироваться после как минимум трех или более последовательных зеленых свечей, указывающих на рост цены и спроса. В конце концов, покупатели теряют терпение и гонятся за ценой до новых максимумов (последовательности), прежде чем осознают, что переплатили.

Верхняя тень (также известная как фитиль) обычно должна быть в два раза больше тела. Это указывает на то, что последний из бешеных покупателей вошел в акции, как только получатели прибыли разгружают свои позиции, а затем короткие продавцы толкают цену вниз, чтобы закрыть свечу около или ниже открытия. По сути, это заманивает в ловушку опоздавших покупателей, которые погнались за слишком высокой ценой. Страх здесь наивысший, так как следующая свеча должна закрываться на уровне или под свечой падающей звезды, что вызовет паническую волну продаж, поскольку опоздавшие покупатели паникуют, чтобы выйти и обуздать потери.Типичный сигнал короткой продажи формируется, когда минимум цены следующей свечи пробивается с помощью трейл-стопов на максимуме тела или хвоста свечи падающей звезды.

Попробуйте свечные графики с помощью нашего торгового симулятора БЕСПЛАТНО в течение 14 дней!

Подсвечник Доджи

Подсвечник Доджи

Доджи — это модель разворота, которая может быть как бычьей, так и медвежьей, в зависимости от контекста предыдущих свечей. Свеча имеет одинаковую (или близкую к ней) цену открытия и закрытия с длинными тенями.Он похож на крест, но может иметь очень маленькое тело. Доджи — это знак нерешительности, но также и пресловутая черта на песке. Поскольку доджи обычно является свечой разворота, направление предшествующих свечей может дать раннее указание на то, в каком направлении пойдет разворот.

Если предыдущие свечи были бычьими до образования доджи, следующее закрытие свечи под минимумом тела вызывает сигнал продажи / короткой продажи при прорыве минимумов свечи доджи со следящими стопами выше максимумов доджи.

Если предыдущие свечи являются медвежьими, то свеча доджи, скорее всего, сформирует бычий разворот. Длинные триггеры формируются над телом или максимумом свечи с трейл-стопом под минимумом доджи.

Подсвечник Bullish Engulfing

Подсвечник Bullish Engulfing

Бычья свеча поглощения — это большая зеленая свеча с большим телом, которая полностью охватывает весь диапазон предыдущей красной свечи. Чем больше тело, тем более резким становится разворот.Тело должно полностью поглотить тело предыдущей красной свечи.

Наиболее эффективные свечи бычьего поглощения формируются в конце нисходящего тренда, чтобы вызвать резкий разворотный отскок, который подавляет продавцов в короткие позиции, вызывая паническое безумие покупателей, покрывающее короткие позиции. Это побуждает охотников за скидками отказываться от ограничений, что еще больше усиливает давление покупателей. Бычьи свечи поглощения являются потенциальными сигналами разворота при нисходящем тренде и сигналами продолжения при восходящем тренде, когда они формируются после неглубокого отката.Объем должен подскочить как минимум вдвое по сравнению с средним, когда формируются бычьи свечи поглощения, чтобы быть наиболее эффективными. Триггер на покупку формируется, когда следующая свеча превышает максимум бычьей свечи поглощения.

Медвежий подсвечник поглощения

Подобно массивной приливной волне, которая полностью поглощает остров, медвежья поглощающая свеча полностью поглощает диапазон предыдущей зеленой свечи. Это свеча сильного разворота цены.Тело свечи медвежьего поглощения затмевает тело предыдущей зеленой свечи. Даже более сильные свечи медвежьего поглощения будут иметь тела, поглощающие всю предыдущую свечу, включая верхнюю и нижнюю тени. Эти свечи могут быть признаками огромной активности продаж на фоне панического разворота с бычьих на медвежьи настроения.

Медвежья свеча поглощения

Предыдущая зеленая свеча сохраняет скромный оптимизм покупателей, поскольку должна торговаться вблизи вершины восходящего тренда.Свеча медвежьего поглощения на самом деле откроется выше, давая покупателям надежду на новый рост, поскольку изначально она указывает на более бычьи настроения. Тем не менее, продавцы очень сильно и экстремально ведут вниз цену через уровень открытия, что вызывает некоторые опасения у длинных позиций. Продажи усиливаются, когда цена падает ниже минимума предыдущего закрытия, что затем начинает спровоцировать еще несколько панических продаж, поскольку большинство покупателей предыдущего дня теперь скрыты от своих акций. Продажа усиливается при закрытии свечи, поскольку почти каждый покупатель предыдущего закрытия теперь несет убытки. Масштабы разворота впечатляют. Медвежья свеча поглощения — это свеча разворота, когда она формируется на восходящем тренде, поскольку она вызывает больше продавцов на следующий день, и так далее, когда тренд начинает разворачиваться в пробой. Триггер коротких продаж формируется, когда следующая свеча превышает минимум бычьей свечи поглощения. При существующем нисходящем тренде медвежье поглощение может сформироваться при отскоке реверсии, тем самым возобновляя нисходящий тренд ускоренными темпами из-за новых покупателей, которые оказались в ловушке отскока.Как и в случае со всеми свечными моделями, важно следить за объемом, особенно при поглощении свечей. Объем должен быть как минимум в два или более раз больше, чем средний дневной объем торгов, чтобы иметь наибольшее влияние. Программы-алгоритмы печально известны тем, что в конце дня закрашивают ленту с ошибочной отметкой, чтобы закрыть фальшивую свечу поглощения, чтобы поймать медведей.

Бычий подсвечник Харами

Бычий подсвечник Харами

Бычья свеча харами похожа на обратную версию модели медвежьей свечи поглощения, где большая свеча поглощения тела фактически предшествует меньшей свече харами.Предыдущая красная свеча поглощения должна быть свечой капитуляции с большим телом, которая составляет самую низкую нижнюю точку последовательности, указывающую на капитуляционную распродажу, предшествующую свече харами, которая должна хорошо торговаться в пределах диапазона поглощающей свечи. Незаметность маленького тела удерживает продавцов в шорт на самодовольстве, поскольку они предполагают, что акция снова упадет, но вместо этого она стабилизируется перед формированием разворотного отскока, который застает шорт-продавца врасплох, когда акция снова развернется вверх.

Харами — это тонкая подсказка, которая часто заставляет продавцов успокаиваться, пока тренд медленно не изменится. Это не так устрашающе или драматично, как бычья свеча поглощения. Тонкость бычьей свечи харами делает ее очень опасной для продавцов в короткие позиции, поскольку разворот происходит постепенно, а затем быстро ускоряется. Длинный триггер на покупку формируется, когда следующая свеча поднимается через максимум предыдущей свечи поглощения и стопы могут быть размещены под минимумом свечи харами.

Медвежий подсвечник Харами

Медвежий подсвечник Харами

Медвежье харами — это перевернутая версия бычьего харами. Предыдущая свеча поглощения должна полностью затмить диапазон свечи харами, как Давид против Голиафа. Они формируются на вершине восходящего тренда, поскольку предыдущая зеленая свеча делает новый максимум с большим телом, прежде чем сформируется маленькая свеча харами, поскольку давление покупателей постепенно рассеивается. Из-за постепенного замедления покупок, длинные позиции предполагают, что откат — это просто пауза перед возобновлением восходящего тренда.

Когда закрывается медвежья свеча харами, следующая свеча закрывается ниже, что начинает касаться длинных позиций. Когда минимум предыдущей свечи поглощения пробивается, это вызывает паническую распродажу, поскольку длинные позиции стремятся к выходу, чтобы сократить дальнейшие потери. Обычный триггер для коротких продаж формирует , когда пробивается минимум свечи поглощения, и стопы могут быть размещены выше максимума свечи харами.

Подсвечник Hanging Man

Подсвечник Hanging Man

Подсвечник с изображением повешенного человека выглядит так же, как свеча с молотком, но формируется на пике восходящего тренда, а не на дне нисходящего тренда.У повешенного маленькое тело, нижняя тень больше тела (желательно в два раза больше) и очень маленькая верхняя тень. Он отличается от дожи тем, что имеет тело, сформированное в верхней части диапазона. По какой-то причине покупатели помешали потенциальной падающей звезде и подняли свечу, чтобы закрыть ее в верхнем диапазоне свечи, чтобы поддержать бычье настроение, часто искусственно. Однако правда открывается, когда следующая свеча закрывается из-за повешенного, когда продажи ускоряются.

Свечи с изображением повешенного человека наиболее эффективны на пике параболических скачков цен, состоящих из четырех или более последовательных зеленых свечей. Большинство свечей медвежьего разворота формируются на падающих звездах и свечах доджи. Свечи в виде повешенных людей встречаются редко, поскольку они являются признаком того, что крупный покупатель попадает в ловушку, пытаясь поддержать импульс или попытку накрасить ленту, чтобы получить больше ликвидности для продажи.

Свеча с изображением повешенного человека сигнализирует о потенциальном пике восходящего тренда, поскольку покупатели, которые гнались за ценой, смотрят вниз и задаются вопросом, почему они гнались за ценой так высоко.Это напоминает старые мультфильмы о дорожных бегунах, в которых Хитрый Э. Койот будет преследовать дорожного бегуна, и, прежде чем он это осознал, он понял, что перешагнул обрыв, когда посмотрел вниз, прямо перед тем, как нырнуть.

Короткая продажа запускает сигнал , когда пробивается минимум свечи «Повешенный», а трейл-стопы размещаются выше максимума свечи «Повешенный».

Подсвечник Dark Cloud Cover

Подсвечник Dark Cloud Cover

На самом деле это форма разворота из трех свечей, где свеча, покрывающая темное облако, фактически сделает новый максимум последовательности восходящего тренда, когда она пробивается выше закрытия предыдущей свечи, но в конечном итоге закрывается красным цветом, когда продавцы выходят раньше.Это указывает на то, что лонги стремились принять активные меры и продать свои позиции, даже когда были достигнуты новые максимумы. Свечи, покрывающие темные облака, должны иметь тела, которые закрываются ниже средней точки тела предыдущей свечи. Это то, что отличает от дожи, падающей звезды или повешенного медвежьего разворота. Предыдущая свеча, свеча с темным облаком и следующая свеча подтверждения составляют модель из трех свечей. Предыдущие свечи должны быть как минимум тремя последовательными зелеными свечами, ведущими вверх по свече покрытия из темных облаков.

Продажа захлестывает и захватывает новых покупателей. Если следующей свече не удается достичь нового максимума (над свечой, покрытой темным облаком), тогда она срабатывает при пробитии минимума третьей свечи. Это открывает лазейку, указывающую на панические продажи, поскольку многие люди эвакуируют горящий театр в безумной попытке сократить убытки. Сигналы на короткие продажи срабатывают, когда пробивается минимум третьей свечи, а трейл-стопы устанавливаются выше максимума свечи, покрывающей темные облака.

Урок физики

Калориметрия кофейных чашек

Итак, как можно использовать такое простое оборудование для измерения количества тепла, полученного или потерянного системой? На предыдущей странице мы узнали, что вода меняет свою температуру, когда она набирает или теряет энергию. Фактически, количество полученной или потерянной энергии определяется уравнением

Q = м _вода • C _вода • ΔT _вода

, где C _вода равно 4.18 Дж / г / ° C. Таким образом, если можно измерить массу воды и изменение температуры воды в калориметре кофейной чашки, можно рассчитать количество энергии, полученной или потерянной водой.

В основе науки калориметрии лежит предположение, что энергия, получаемая или теряемая водой, равна энергии, потерянной или полученной исследуемым объектом. Таким образом, если предпринимается попытка определить удельную теплоемкость плавления льда с помощью калориметра для кофейной чашки, то предполагается, что энергия, получаемая льдом при таянии, равна энергии, теряемой окружающей водой.Предполагается, что между льдом и водой в чашке происходит теплообмен, и в этом теплообмене не участвуют никакие другие объекты. Это утверждение можно записать в форму уравнения как

Q _лед = — Q _{окружение} = -Q _{калориметр}

Роль пенополистирола в калориметре кофейной чашки заключается в том, что он уменьшает теплообмен между водой в кофейной чашке и окружающим воздухом. Ценность крышки кофейной чашки в том, что она также уменьшает теплообмен между водой и окружающим воздухом.Чем больше уменьшаются эти другие теплообмены, тем более верным будет приведенное выше математическое уравнение. Любой анализ ошибок калориметрического эксперимента должен учитывать поток тепла от системы к калориметру к другим частям окружения . И любой дизайн эксперимента с калориметром должен уделять внимание уменьшению теплообмена между содержимым калориметра и окружающей средой .

Калориметрия бомбы

Калориметры для кофейных чашек, используемые в научных лабораториях старших классов, предоставляют учащимся полезные занятия по калориметрии.Но на профессиональном уровне дешевая чашка из пенополистирола и термометр не помогут коммерческому производителю продуктов питания в определении калорийности их продуктов. В ситуациях, когда на карту поставлена ​​точность и аккуратность, необходим более дорогой калориметр. Химики часто используют устройство, известное как калориметр бомбы, для измерения теплообмена, связанного с химическими реакциями, особенно реакциями горения. Калориметр бомбы, практически не имеющий ничего общего с бомбами военного назначения, включает в себя реакционную камеру, в которой происходит реакция (обычно реакция горения).Реакционная камера представляет собой прочный сосуд, выдерживающий интенсивное давление нагретых газов при взрыве. Камера обычно заполнена в основном газообразным кислородом и топливом . Электрическая цепь подключена к камере, чтобы электрически воспламенить содержимое, чтобы выполнить исследование тепла, выделяющегося при сгорании. Реакционная камера окружена водяной рубашкой со вставленным термометром. Тепло, выделяемое из камеры, нагревает рубашку с водой, позволяя ученому определить количество энергии, выделяемой в результате реакции.

Источник: Wikimedia Commons; спасибо Lisdavid89.

Решение задач калориметрии

Теперь давайте рассмотрим несколько примеров того, как калориметр для кофейной чашки может использоваться в качестве инструмента для ответа на некоторые типичные лабораторные вопросы. Следующие три примера основаны на лабораторных экспериментах с использованием калориметрии.

Пример задачи 1:
Перед классом физики была поставлена ​​задача определить экспериментальное значение теплоты плавления льда.Anna Litical и Noah Formula высушивают и массируют 25,8 грамма льда и помещают его в кофейную чашку со 100,0 г воды при температуре 35,4 ° C. Они закрывают чашку с кофе крышкой и вставляют термометр. Через несколько минут лед полностью растает, а температура воды опустится до 18,1 ° C. Каково их экспериментальное значение удельной теплоты плавления льда?

Основой решения этой проблемы является признание того, что количество энергии, теряемой водой при охлаждении, равно количеству энергии, необходимому для растапливания льда. В форме уравнения это может быть указано как

Q _лед = -Q _{калориметр}

(отрицательный знак указывает на то, что лед набирает энергию, а вода в калориметре теряет энергию.) Здесь калориметром (как в термине калориметра Q _{) считается вода в кофейной чашке. Поскольку масса этой воды и изменение ее температуры известны, можно определить значение Q калориметра .}

Q _{калориметр} = m • C • ΔT
Q _{калориметр} = (100.0 г) • (4,18 Дж / г / ° C) • (18,1 ° C — 35,4 ° C)
Q _{калориметр} = -7231,4 Дж

Знак минус указывает на то, что вода потеряла энергию. Предполагается, что эта энергия, теряемая водой, равна количеству энергии, полученной льдом. Итак, Q _ice = +7231,4 Дж. (Положительный знак указывает на прирост энергии.) Это значение можно использовать с уравнением с предыдущей страницы для определения теплоты плавления льда.

Q _лед = m _лед • ΔH _{термоядерный лед}
+7231.4 Дж = (25,8 г) • ΔH _{плавленый лед}
ΔH _{плавленый лед} = (+7231,4 Дж) / (25,8 г)
ΔH _{плавленый лед} = 280,28 Дж / г
ΔH _{термоядерный лед} = 2,80×10 ² Дж / г (округлено до двух значащих цифр)

Пример задачи 2:
Студент-химик растворяет 4,51 г гидроксида натрия в 100,0 мл воды при 19,5 ° C (в чашке калориметра). По мере растворения гидроксида натрия температура окружающей воды повышается до 31.7 ° С. Определите теплоту растворения гидроксида натрия в Дж / г.

Еще раз, решение этой проблемы основано на признании того, что количество энергии, высвобождаемой при растворении гидроксида натрия, равно количеству энергии, поглощаемой водой в калориметре. В форме уравнения это может быть указано как

Q _{растворение NaOH} = -Q _{калориметр}

(отрицательный знак указывает на то, что NaOH теряет энергию, а вода в калориметре набирает энергию. ) Поскольку изменение массы и температуры воды были измерены, можно определить энергию, полученную водой (калориметром).

Q _{калориметр} = m • C • ΔT
Калориметр Q = (100,0 г) • (4,18 Дж / г / ° C) • (31,7 ° C — 19,5 ° C)
Калориметр Q = 5099,6 Дж

Предполагается, что эта энергия, полученная водой, равна количеству энергии, выделяемой гидроксидом натрия при растворении. Итак, Q _{, растворяющий NaOH} = -5099.6 Дж. (Знак минус указывает на потерю энергии). Это количество тепла, выделяющееся при растворении 4,51 грамма гидроксида натрия. Когда теплота раствора определяется из расчета на грамм, эти 5099,6 Дж энергии необходимо разделить на массу растворенного гидроксида натрия.

ΔH _{раствор} = Q _{растворение NaOH} / м _NaOH
ΔH _{раствор} = (-5099,6 Дж) / (4,51 г)
ΔH _{раствор} = -1130.7 Дж / г
ΔH _{раствор} = -1,13×10 ³ Дж / г (округлено до трех значащих цифр)

Пример задачи 3:
Большая парафиновая свеча имеет массу 96,83 грамма. Металлическая чашка со 100,0 мл воды при температуре 16,2 ° C поглощает тепло от горящей свечи и повышает ее температуру до 35,7 ° C. После прекращения горения температура воды составляла 35,7 ° C, а масса парафина составляла 96,14 грамма.Определите теплоту сгорания парафина в кДж / грамм. ДАННЫЕ: плотность воды = 1,0 г / мл.

Как всегда, калориметрия основана на предположении, что все тепло, теряемое системой , приобретается окружающей средой . Предполагается, что окружающая среда представляет собой воду, которая претерпевает изменение температуры. В форме уравнения можно сказать, что

Q _{парафин} = -Q _вода

Поскольку изменение массы и температуры воды известно, можно определить энергию, получаемую водой в калориметре.