爆料:它与航空发动机不得不说的故事

作者:波音正网 | 2020-12-28 05:44

  世界上第一架飞机,是由美国科学家莱特兄弟发明的名为飞行者一号”,作为飞机的“心脏”,航空发动机被称为现代工业皇冠上的明珠,之所以这么称呼,主要是因为它的研制太难了!

  如果你要问难在哪里,怎么做出来的?那这就涉及到许多科学大佬了,比如莱特兄弟第一架飞机的发动机就是由机械天才查尔斯.泰勒研制的。

  发展到现在,航空发动机背后的大佬可谓数不胜数。比如空气动力学“祖孙三代”(普朗特、钱学森、冯·卡门),就是普通人高攀不起的男人。这些大名鼎鼎的男人也许万万没想到在他们和这些“高等”学科的基础上催生出了一个精巧的科技行业——电子雾化行业。这个被《今图美国》评选为21世纪最重要发明之一的精巧器具到底有什么妙处,让它得以高居发明榜单第二?雾化仓又是怎么和航空发动机攀上亲戚的呢?

  让我 起走近本期《FEELM百科》,所有的故事都有一个美妙的开始,今天的故事也不例外。

  我们得从一个苹果说起,哦不,是苹果下面的男人一牛顿。机器要运动、要传递力首先要发展起来的是力学。其“祖师爷”就是牛顿经典力学,接下来要说的力学分支都是基于牛顿经典力学而来的。

  在一支小小的电子雾化器中,电池杆之外,就运用了三种力学原理流体力学、热力学和结构力学。

  流体力学是力学的一门分支,是研究流体(包含气体、液体及等离子体)现象,以及相关力学行为的科学,是在人类同自然界作斗争,和在生产实践中逐步发展起来的。

  即便只是分支学科,也有它的“爸爸”,流体力学之父——丹尼尔·伯努利。他在1738年发现的“伯努利定理”,对流体力学作了明确说明:在一个流体系统,比如气流、水流中,流速越快,流体产生的压强就越小。而流体力学中的两个分支:空气动力学和渗流力学,就是电子雾化器中常见的应用科学。

  空气动力学是在流体力学的基础上,随着航空工业和喷气推进技术的发展而成长起来的一个学科。空气动力学在电子雾化器中的运用主要是研究空气和烟雾的流动特性包括流速、压力、温度等,渗流力学在电子雾化器中的运用主要是研究液体在多孔陶瓷内部以及结构件微槽中的流动。流体力学的运用,使得液体与电子雾化器之间达到一个和谐的状态,让使用者的体验感更好。

  热力学是从宏观角度研究物质的热运动性质及其规律的学科,最初诞生于改进蒸汽机的尝试中。时年28岁的法国工程师卡诺,在1824年的著作《论火的动力》中写出了蒸汽机将热转化为功的效率的公式。

  运用热力学研究液体,从液态转化为气态过程中的能量转化可以更好地指导研发人员对发热体的研制,以及对电池功率的选择。这其中还涉及到一门重要学科——传热学 (heat transfer)。

  传热学作为学科形成于19世纪,1804年,法国物理学家毕奥开始研究金属棒的热传导实验,在热传导方面,得出的平壁导热实验结果是导热定律的最早表述。液体在加热面上沸腾时的换热过程是具有相变特点的两相流换热,当加热面温度超过液体的沸点并达到一定过热度时,液体即在加热面的某些点上气化形成汽泡,这些点称为气化核心,通常出现在加热表面的小凹坑上。作为研究热量传递规律的科学,传热学能帮助研发人员研究发热体热量传递到液体的过程,从而研发更高品质的雾化芯。

  结构力学是固体力学的一个分支,它主要研究工程结构受力和传力的规律,以及如何进行结构优化的学科。结构力学可以帮助研究雾化仓各组件之间的受力与配合。

  要说电子雾化器跟航空发动机是“亲戚”,听起来似乎有那么一点“登月碰瓷”之嫌,但其实是有合理缘由的。电子雾化器使用的雾化技术中,雾化仓的研制就与航空发动机运用了同样的原理。整个流程只相差一环——压气。

  由此可见,“亲戚”一说还真有些名不虚传除此之外,两兄弟之间还有一层联系是什么呢?

  任何精密的仪器都需要物质承载,前面说的各类科学研究,也要建立在物质的基础上。为了使各个部件更科学地发挥功效,科学界的大佬们发现,不同材料在同样的环境下产生的作用各不相同。

  这就衍生出一门学科,材料学(Hylology)。材料学是研究材料组成、结构、工艺、性质和使用性能之间相互关系的学科,为材料设计、制造、工艺优化,和合理使用提供科学依据。目前,世界上传统材料已有几十万种,而新材料的品种正以每年约5%的速度在增长。

  材料学在电子雾化器的运用,主要在发热体的制备工艺以及结构与性能测试上。随着科技的不断进步,越来越多的新型材料被发掘和使用,在电子雾化领域,多孔陶瓷就是可称之为“明星”的新型。它主要应用在雾化芯的研发中,基于陶瓷的耐高温等多重属性,科学家们研制出可以应用于多个领域的多种类型陶瓷材料。

  航天飞机的“外套”——承受高温和撞击的隔热瓦,用的也是新型陶瓷材料,这么一看,电子雾化器和飞机还有些“亲上加亲”呢。

  这些“高级”学科的应用,无疑为电子雾化行业带来了更为安全的保障,它们在雾化仓研发中的意义,可归纳为下图。

  那么,如此“高级”的雾化技术能够为人类带来怎样的体验?除了电子雾化器,它还能运用在哪些领域?学习不迷路,敬请关注《FEELM百科》!

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