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清華附中高1910班圓滿完成清華大學“燃燒為人類服務”主題社會實踐活動

  1月15日,清華附中高1910班學生赴清華大學燃燒能源中心開展“燃燒為人類服務”主題參觀學習、學術研究、實驗考察的社會實踐活動。清華大學燃燒能源中心焦漢瑋老師、田輝等博士研究生,高1910班家委會代表俞源圻、錢銘陽、姬周原等同學的家長,10班學生共50多人參加本次活動。


同學們在清華大學李兆基大樓燃燒能源中心門前合影

  同學們在一樓大廳聽取燃燒能源中心田輝博士介紹研究中心概況,了解研究方向、研究成果等,對燃燒與生產生活的關系有了更加深入的認識。


同學們在一樓大廳聆聽燃燒能源中心田輝博士活動整體介紹

  整體介紹后,同學們分組依次進入六個實驗室參觀實驗設備、觀看教學視頻、聆聽實驗介紹、觀察實驗操作、了解實驗成果等。
  在雙腔定壓燃燒實驗室,同學們研究在高壓條件下(設計壓力為層流下50個大氣壓,湍流下40個大氣壓)的不同燃料(氫氣、氣體碳氫燃料、氨氣等)的燃燒特性。實驗設備為雙腔定壓燃燒彈,通過雙腔體密閉容器設計,實現燃燒時的定壓過程。觀察手段為紋影系統和PIV、PLIF激光器,實驗成果有助于航空發動機的燃燒基礎研究。


同學們仔細觀摩雙腔定壓燃燒彈設備和紋影系統和PIV、PLIF激光器

  在教學實驗室,同學們細致觀察了水槽中紅藍兩色的染料隨著水流流過圓柱,在圓柱后面發現有周期性的渦結構,這就是卡門渦街。1912年美國物理學家卡門最先研究了這一現象,所以這種現象被稱卡門渦街。卡門渦街不僅會在圓柱體后出現,也可能會在其他形狀的物體后形成,如可在高層大樓、電視發射塔、煙囪等建筑物后形成,這些建筑物受風作用而引起的振動倒塌往往也可能與卡門渦街有關。所以,在設計高層建筑物時,往往會進行計算和風洞模型測試,以避免因卡門渦街導致建筑物被破壞。


同學們細致觀察周期性的渦結構、震驚于卡門渦街可能造成的巨大破壞

  同學們還通過三棱鏡來進行分光實驗,證實太陽光是復色光。除了三棱鏡可以實現分光,還使用了光柵進行分光,這種反射式光柵常用于光譜儀中。通過光譜儀分解出真實火焰的光譜,通過特定的譜線特征可以得到燃燒溫度和燃燒產物的濃度。


同學們認真觀摩乙炔燃燒光譜實驗

  在湍流傳熱實驗室,同學們主要進行湍流熱對流系統的基礎研究。熱對流現象是由冷熱流體的密度差驅動的流動現象,廣泛存在于自然界中。利用三維粒子追蹤技術(PTV)、粒子圖像測試法(PIV)等手段研究流場的特性及其對系統整體響應的影響;


同學們提出很多粒子追蹤、粒子圖像測試問題

  同學們在多相流實驗室主要進行多相流的基礎研究,包括液體的相變以及液液,液氣,液固之間的相互耦合問題。主要利用高速攝影,流變儀,動態光散射方法和納米顆粒跟蹤分析法進行研究,同學們積極地回答學姐的問題,廣博的見聞引起學姐像遇到知音般地共鳴、饒有興趣地介紹液體相變的基礎知識。


同學們積極回答問題

  在湍流顆粒運輸實驗室,同學們主要通過研究一個氣泡的放氣過程來測量氣泡的表面張力系數。對于氣泡的放氣過程,氣泡中所有的空氣均從一個長細的毛細管中流出,因此氣泡的體積變化率等于毛細管的流量。氣泡的體積變化率與表面張力有關,因此通過用相機拍攝氣泡的放氣過程,再加上毛細管的參數,就可以測量表面張力。當同學們了解到學姐為了研究氣泡表面張力系數,多次試驗各種參數,在博士四年生涯里吹了2000多次泡泡,同學們不禁被清華人勤于實踐的精神所感動。


同學們積極提問并贊嘆清華人科學、嚴謹、勤奮的實踐精神

  這次活動同學們了解了燃燒相關的專業知識、感受到燃燒為人類服務的意義,加深了對基礎科學研究領域的理解,拓寬了學科領域的視野,激發了對新能源研究的探索興趣。很多同學表示從講解的老師、學長、學姐們身上學到了清華人嚴謹、勤奮的科學研究精神,收獲甚多、受益匪淺,這對自己選科、選專業等未來學習生涯規劃有很大幫助。


活動結束后同學們積極記錄自己在本次活動中的收獲和心得體會

附高1910班學生感想:
燃燒是多門學科的融合、涉及物理、化學等領域的知識,今天的參觀拓寬了我們的思維,認識到了分析問題應該多方位、多角度思考,探究問題應該嚴謹,用實驗數據說話。
——俞源圻


了解了豐富的科學知識,參觀了前沿的科學設備,感受了創新的研究氛圍,從老師與博士生的講解中學到了許多寶貴的研究精神、更激起了我對前沿科技的探索興趣。——楊凡凱
 
通過參加這次活動,我對燃料和能源有了更深入的了解,也對科研工作者的實干精神有了深刻的理解。——姚啟航
 
有助于培養科學思維、實驗思路,了解如何測量表面張力,了解航空發動機燃燒原理,知道如何通過光譜譜線特征得到燃燒溫度和燃燒產物濃度。——楊麗鴻
 
聆聽燃燒中心的介紹,了解了燃燒相關的專業知識、感受到燃燒實驗魅力以及為人類服務的意義,加深了對基礎科學研究領域的理解,拓寬了多個交叉學科領域的視野,激發了我對新能源研究的探索興趣,從講解的老師、學長、學姐們身上學到了清華人嚴謹、勤奮的科學研究精神。——許騫楠
 


來源:高19級年級組
圖文:許騫楠 俞源圻
圖:高1910班學生家長
審核:白雪峰 黨勝軍 楊瑞
編輯:行政管理中心

 
 

時間:2020-01-15 21:37
作者:清華附中
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