人造云/煙圈/煙泡/煙炮/大炮煙圈--科技館展品展項方案

科學原理

氣體漩渦

漩渦有時被稱為漩渦。它指的是一種流動現(xiàn)象，即半徑非常小的圓柱體在靜止的流體中旋轉，使周圍的流體做圓周運動。一般來說，在旋渦內部有一個密集的旋渦區(qū)域，稱為渦核，它的運動類似于剛體旋轉。在它外面，流體的圓周速度與半徑成正比；在它的內部，它與直徑的一半成正比，在渦流中心的圓周速度為零。渦是渦流的一種形式，是指在湍流運動中各種大小的不均勻和不規(guī)則的渦流。它的大小與整個湍流的廣泛擴散的大小相同，例如，在湍流邊界層中，最大的渦旋與邊界層的厚度大小相同；越小，動量交換的分子粘度就越小。在湍流運動中，由于渦流的相互拉伸機制，渦流從大的變化到各種尺寸的稍小和更小的渦流。渦流的旋轉能量隨后從大渦流轉移到小渦流，然后轉移到小渦流，直到最小渦流上的粘性應力直接將旋轉動能轉化為熱能并耗散掉。

展項描述

展項設計成一個中央有圓形噴氣口的展臺型裝置，噴氣口周邊一圈是可按壓的 彈性臺面，臺面下藏有觸動按鈕和煙霧機。

在操作時，多位參與者可同時用力拍按彈性臺面，觸發(fā)煙霧機啟動，煙霧氣體 從臺面下狹小的空間猛然噴出，就會形成一個內部氣流旋轉速度很快的氣體渦 旋，從而從噴氣口中吐出蘑菇狀的煙霧云朵。

表現(xiàn)形式

機械互動

操作說明

1.參與者拍按臺面；

2.觀看噴氣口中產(chǎn)生的煙霧云朵；

3.重復拍按臺面，比較拍按時用力大小不同對所形成的煙霧云朵有什么影響； 結束體驗，離開展品。

知識拓展

雖然人們說吸煙有害健康，但孩子們仍然很興奮地想要打敗成年人吸煙時吐出的漂亮煙圈，就像他們打敗西方圈子里吹出來的肥皂泡一樣。

這些美麗的煙圈是如何形成的？你可以按展品上的開始按鈕。當有水汽時，你可以用手按下標志，看到美麗的煙圈向上旋轉。這到底是怎么回事？

煙圈形成的本質是空氣的圓形渦流限制了煙霧顆粒(香煙的固體顆粒或干冰的小珠粒等)在圓形區(qū)域內。

當煙霧顆粒與空氣一起快速通過圓孔時，由于圓孔出口周圍的空氣是靜止的，從圓孔流出的空氣-顆粒混合物將拉動周圍靜止的空氣，從而形成從孔的邊緣向外向內旋轉的渦流。這也可以理解為伯努利原理——，即流體流動的壓力降低，并且具有高周邊壓力的靜態(tài)空氣被添加到具有低壓力的區(qū)域，從而形成渦流。這個旋渦分布在圓孔周圍，形成一個環(huán)并向上運動。

這個環(huán)形旋渦使其中的煙霧顆粒不能以同樣的速度擴散到周圍的空氣中，也就是說，它們被旋渦所束縛，從而形成我們所看到的煙圈。

在氣流的推動下，煙圈會慢慢上升，煙圈中粒子的運動速度也會降低，漩渦的束縛能力也會降低，所以隨著煙圈的上升，煙霧會逐漸擴散直至消失。

視頻演示