艾灸燃烧不一样的烟火世界

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作者:吴周强吕广庆

自古至今,艾火即天火,艾火作为人类最早期的引火物、火种储存物和祭祀神物,陪伴人类走过了漫长的猿人进化阶段,居功至伟,也深深篆刻在人类的记忆之中,迄今已成为中医药产业最具规模的皇冠之星,也是名副其实的中医活化石,多年来还一直占据着中医临床的王位。毫无疑问,艾灸的最神奇之处除了艾草独特的纯阳之性,生温熟热转化之外,更重要的非艾灸过程的阴燃形式莫属。

一、火的概念

1、火的基本性质

中心火区的温度较高,使其中白炽的固体粒子和某些不稳定(或受激发)的中间物质分子内电子发生能级跃迁,从而发出各种波长的光。发光的气相火区就是火焰,它的存在是火过程中最明显的标志。由于不完全燃烧等原因,会使产物中混有一些微小颗粒,这样就形成了烟。

从本质上讲,火反应是一种氧化还原反应,它服从于化学动力学、化学热力学的定律以及其他自然的基本定律(质量守恒、能量守恒),但其放热、发光、发烟、伴有火焰等基本特征表明它不同于一般的氧化还原反应。如果火反应速度极快,则因高温条件下产生的气体和周围气体共同膨胀作用,使反应能量直接转变为机械功,在压力释放的同时产生强光、热和声响,这就是所谓的爆炸。它与一般的火没有本质差别,主要区别在于物质的反应速度,一定条件下,两者可以互相转化。

燃烧的火

现在,人们发现很多火反应不是直接进行的,而是通过游离基团和原子这些中间产物在瞬间进行的循环链式反应。这里,游离基的链锁反应是火反应的实质,光和热是火存在过程中的物理现象。

艾灸属于典型的着火过程,满足所有关于获得基本特质

2、燃烧种类

分解燃烧:受到火源加热时发生热分解,随后分解出的可燃性挥发分与氧气发生燃烧反应。如木材、煤、合成塑料等。

熏烟燃烧(阴燃):可燃固体在空气不流通、加热温度较低、分解除的可燃挥发分较少或逸散较快、含水分较多等条件下,往往发生只冒烟儿无火焰的燃烧现象。如香烟、艾灸等。

表面燃烧(木炭、焦炭):当可燃固体燃烧至分解不出可燃气体时,便没有火焰,燃烧继续在所剩固体的表面进行。燃烧区存在两相-异相燃烧,表现为无焰燃烧。

死灰复燃的阴燃

3、燃烧的理论

燃烧的活化能理论:活化分子碰撞发生化学反应。

连锁反应理论:燃烧是一种游离基的连锁反应也称链反应,即游离基在瞬间进行的循环连续反应。

燃烧有焰燃烧与无焰燃烧两种。对于无焰燃烧,有可燃物、氧化剂、温度(着火点)三个条件同时存在,相互作用,燃烧即会发生。但是对于有焰燃烧,除以上三个条件,燃烧过程中还必须存在未受抑制的链式反应,燃烧才能够持续下去,这亦是燃烧发生的充分条件之一。

燃烧理论

4、阴燃的定义与基本特征

定义:是一种发生在气固相界面处的燃烧反应,是固体物质无气相火焰的缓慢燃烧,通常产生烟和伴有温度升高。是固体物质特有的燃烧形式。

阴燃燃烧是指没有火焰、自维持、不断传播的放热表面燃烧反应。它多发生于多孔的材料中。阴燃反应涉及了多孔介质中的传热传质、流体的运动以及材料表面的化学反应等复杂过程,这些物理和化学过程之间的相互作用决定了阴燃的特性,当阴燃反应所放出的热量与反应区域向周围环境传递的热量达到~个平衡时,阴燃可以自维持传播,并在一定条件下,阴燃可以向明火转化,当转化发生后,明火很快吞没整个材料。

燃烧速度慢、温度较低,不易被发现。

阴燃与有焰燃烧的区别:是无火焰阴燃。

与表面燃烧的区别:能热分解出可燃气。

艾灸属于经典的阴燃,而且只有阴燃一种燃烧方式。

阴燃的艾条

5、阴燃发生的条件

内部条件:热解后易产生刚性多孔炭结构的可燃固体,具备多孔蓄热和大面积吸附氧(理化性质)。

外部条件:热源有合适的供热强度(外界合适的温度和供热速率等环境条件)。

引起阴燃的途径:

-自燃热源(堆垛)

-阴燃引起的阴燃(香烟阴燃地毯)

-有焰燃烧火焰熄灭后的阴燃(“死灰复燃”)

-物质内部热点或外部热流。

阴燃

6、外加空气流速和氧气浓度

外加空气流速度增加,阴燃的传播速度也明显增大,尤其当空气流动方向与阴燃传播方向一致时。因为空气流促进了氧和热向阴燃区的传输。如果空气流速度过大,阴燃就会转变为有焰燃烧。

增加环境中的氧浓度,阴燃的传播度也明显增大,这也是因为氧向阴燃区的扩散速率得以加强。由于燃烧区的最高温度与氧浓度有着直接关系,即氧浓度越高,燃烧区温度越高,传播速度越快。

材料的性质和尺寸

保温性和隔热性能越好,热量不容易散失,阴燃速度越快(棉花)

粒径和厚度对阴燃的影响复杂(空气扩散和散热大小),粒径一定,厚度越小,速度越快。过小则不能传播;厚度一定,粒径减小,传播速度略有增加。

阴燃的传播过程

7、灰烬对阴燃的影响

细小粒径的粉尘层影响:在一定范围内,随着厚度减小,阴燃的传播速度增加,但厚度减小到一定程度后,阴燃的传播速度反而减小,而且存在维持粉尘层阴燃的厚度下限,这种影响可解释为:厚度较大,空气较难进入阴燃区;厚度太小,热量损失太大。

一定厚度的粉尘层影响:随着粒径的减小,阴燃的传播速度缓慢增加。尽管粒径减小,空气进入阴燃区的难度增大,但因此改进了绝热条件,减少了热损失,而粉尘层阴燃的行为特征表明,后一种作用稍微占有优势,所以传播速度稍有增加。

粉尘层堆积密度减小,阴燃的传播速度也会增加。

灰烬对阴燃的影响

8、阴燃条件改变

空间改变:传统艾灸/灸盒艾灸;

时间改变:艾灸时机选择/艾灸时间选择;

密度改变:艾灸耗材的密度品质;

压力改变:艾灸灸盒封闭燃烧条件的空气压力改变;

浓度改变:艾灸燃烧过程中的烟油浓度改变;

温度改变:艾灸的温度输出;

强化改变:持续的热物理工程聚焦组合。

阴燃的改变

以下详细论述“艾绒燃烧”、“艾灸效应”,力求从燃烧工程的多学科角度展现和剖析艾灸的科学世界。

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