烟圈的仿真

3年前浏览1239

一间空荡的房间一张旧照片

我安静的在窗前点燃根思念

我试着从其间过滤出甘甜

而吐出的灰色烟圈凝聚不出从前

烟圈的运动是一种比较有趣的运动形式，一直吸引着物理学家、数学家和工程师们的兴趣。在现实生活中，人们有时会观察到烟圈的运动。例如燃放爆竹时产生的烟圈、吸烟的人吐出的烟圈等。烟圈运动是涡环运动的一种具体化，它具有在较小尺度内聚集较高能量的特点。对于烟圈运动，人们有这样的一种经验性认识：烟圈可以在空中运动较长时间而保持其形态不变，经久不散。

烟圈的形成

烟圈形成的的本质，是一个环状的空气涡流将烟雾粒子（香烟的固体颗粒或者干冰等形成的小水珠））限制在一个环状区域内造成的。当烟雾粒子随着空气快速通过一个圆孔时，由于圆孔出口周边的空气是静止的，因此从圆孔中流出的空气-颗粒混合物会牵引静止的周边空气，由此形成了一个从孔洞边缘向外再转向内旋转的一个涡流。这也可以理解为伯努利原理——流动的流体压强降低，周边压强高的静止空气补充到压强低的区域，由此形成涡流。这个涡流分布在圆孔周边，成为环状，并向前运动。这个环状的涡流使得在其内的烟雾粒子不能等速的扩散到周边空气中，即被涡流束缚住了，由此就形成了我们看到的烟圈。

有趣的实践

在2011年，丹麦BIG建筑设计工作室给首都哥本哈根设计一个垃圾焚烧发电厂，这个发电厂号称自己不仅是世界上最干净的发电厂，同时，它还是一个滑雪场。而这个发电厂最特别的地方就是它有一个神奇的可以吐烟圈的烟囱。而且，BIG特别提到，这个逗比烟囱有着深刻的寓意：每放出一个烟圈，就意味着向外排放约1吨的二氧化碳。所以以后的哥本哈根碳排放就由你们来亲自见证啦（意思是你们可以数数每天冒多少个烟圈）。

在设计之初，为了实现这一神奇的想法，建筑设计师们特地找来丹麦航空实验室的Peter Madsen（研究造火箭的），伙同丹麦技术大学一起，来研究当初这个逗比的决定。