火箭爐

生活科學趣談

先來認識韓國的傳統暖炕:

東北火炕:

煙囪效應常見於空氣沿著有垂直坡度的空間向上升而造成空氣加強對流的現象。最常見的煙囪效應是火爐運作時,產生的熱空氣隨著煙囪向上升,在煙囪的頂部離開。因為煙囪中的熱空氣散溢而造成的氣流,將外界空氣抽入填補,令火爐的火更猛烈。這種垂直氣壓梯度是空氣從高氣壓區向低氣壓區加速的機制,其大小取決於煙囪的高度、溫差、空氣流通的程度等。由於煙囪效應可以提高空氣對流並加劇火勢,因此蒙古包或帳棚內的暖爐就會使用一根長煙囪,同時也能將燃燒的廢氣有效地排放到外界。

藏式柴火爐:

接著來看下列這款由藏式柴火爐改進而成的火箭爐,影片中可以看到旋轉的火焰。這些漩渦能夠加劇火勢,提高完全燃燒的效率,從而達到少煙的目的

旋轉的火焰是藉由初始角動量 mvr 來達成(註:r是進氣口與火焰中心軸之距離),也就是火龍捲產生的機制

以下列這款Himalayan rocket stove為例:
1.其進氣風道分為兩束(影片12’17″後方的圓柱筒)
2.進氣通道偏右(影片12’37″),目的在提供初始角動量
3.主燃燒室為六邊形柱狀(影片13″),該結構或將有助於固體微粒在迴旋過程中因撞擊氣壁而均勻分散(註:若是圓柱形,則固體微粒因離心效應會傾向分布於最外圍)
4.主燃燒室的燃燒產物受到上蓋的限制,被迫壓回六邊形柱狀的外側與爐壁中間的甜甜圈通道
5.這些未完全燃燒的產物在此遇上二次進氣的新鮮空氣,進行二次燃燒,然後才送入煙囪,從而達到提高完全燃燒的效率與減少黑煙的排放

最後來看一個熱對流的有趣現象

上列影片這種自動燒金紙的現象在其他廟宇的金爐也會發生,只不過以影片中的車城福安宮較為明顯。這是因為這座金爐的內壁是一體成體的耐火磚而非傳統上以清水磚使用人工來砌成的,在內壁光滑的情況下,上升的熱氣流就比較不會因阻力而出現紊流,因此有助於提升入口處的進氣流速。看到這個現象不禁令我想起下列這個鐵管內駐波的實驗:

只不過既然有熱對流所造成的氣體流動,又是符合開管模式,卻沒聽說有哪一個地方的煙囪會發生駐波共鳴的,為什麼呢?