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Ingénierie du feu: comment construire le meilleur feu scientifiquement

Ingénierie du feu: comment construire le meilleur feu scientifiquement

Le feu est peut-être le processus le plus crucial pour maintenir la vie civilisée, mais ce n’est pas aussi simple que d’allumer une allumette. Il existe un moyen de parfaitement gérer le feu pour maximiser la distribution de la chaleur, le taux de combustion et l'efficacité. Faisons feu ingénieur.

De quoi a besoin le feu

Le feu de camp a besoin de trois choses pour se produire: de l'oxygène, de la chaleur et du carburant. C’est le triangle du feu de base, mais créer un feu parfait n’est pas aussi simple que cela. Croyez-le ou non, plusieurs études ont été publiées sur ce qui est nécessaire pour créer un feu parfait, la plus connue étant celle d'une équipe de l'Université Duke, publiée dans Nature Scientific Reports. L'équipe a examiné les nombreuses façons dont les gens installent des feux de camp et a constaté que les meilleurs incendies sont à peu près aussi larges que hauts. Cela perpétue la forme pyramidale de base qui a été utilisée pendant des siècles. Cependant, une conclusion n’est rien si elle n’est pas étayée par des données.

L'équipe a développé une équation qui a tracé la forme du feu en fonction de la température qui peut être vue ci-dessous. Lorsque le rapport entre la hauteur (H) et l'échelle de longueur de base (D) était égal à environ un, l'équipe a constaté que la température du feu était la plus élevée. L'échelle de longueur de base est une unité utilisée par l'équipe pour ne pas tenir compte de la forme du feu dans l'étude, par exemple, un feu carré d'une largeur W aurait la même valeur D qu'un feu conique d'un diamètre égal à la largeur W.

Comprendre les maths

La raison de cette plage de conductivité thermique maximisée autour d'un rapport H / D de un s'est avérée être la capacité de l'air à circuler à travers les densités variables à l'intérieur et à l'extérieur du feu. Tout feu donné est alimenté en oxygène par une différence de pression avec l'air qui l'entoure. Au fur et à mesure que le feu brûle, de l'air chaud à faible densité s'accumule à l'intérieur et de l'air (relativement) froid à haute densité entoure le feu. La vitesse à laquelle l'air circule à travers le différentiel de pression dépend de la densité de l'air environnant (ρ), de l'accélération gravitationnelle (g), du coefficient de dilatation thermique dans le feu (β), du différentiel de température (ΔT) et du hauteur (H) du feu. L'équipe a lié ces termes dans l'équation suivante.

ΔP ~ρgβΔTH

En fin de compte, il a été constaté que le flux d'air était maximisé lorsque le rapport hauteur / base était de un, comme indiqué précédemment. Comme tout bon ingénieur le ferait, lorsqu'ils ont reconnu ce point d'efficacité maximale, ils ont ensuite commencé à comprendre le comportement des incendies aux formes extrêmes, un feu court et large et un grand feu maigre.

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Lors de l'étude de l'extrême plus grand et plus maigre, l'équipe a constaté qu'au fur et à mesure que la surface du feu devenait plus haute, tandis que le volume restait le même, la distance de tout point donné à l'intérieur de la structure diminuait. Ils ont établi un lien entre les densités de l'air environnant et la section transversale de la structure du feu. À son tour, l'équipe a constaté qu'au fur et à mesure que le feu augmentait proportionnellement, la température corporelle diminuait de façon exponentielle.

L'équipe avait maintenant trouvé ce qu'elle appelait la grande limite pour les incendies. En continuant, ils ont cherché la limite peu profonde d'un incendie. En utilisant des équations similaires mais légèrement variées, les chercheurs ont également constaté que lorsqu'un corps de feu devient moins profond, la température corporelle diminue de manière exponentielle. Dans l'ensemble, ils ont trouvé que le point idéal de la hauteur était égal à la largeur ou au diamètre, permettant une respirabilité maximale, donc une efficacité, étant donné les différences de température et de pression standard dans l'air environnant.

Choisir les bonnes variables

Au-delà des mathématiques du flux d'air du feu de camp, il existe également des différences raisonnables dans la brûlabilité de divers bois. Pour allumer un feu, vous aurez besoin d'une source de carburant qui brûle et s'enflamme rapidement. Pour cela, vous pouvez utiliser un bois tendre comme le pin ou l'épicéa. Cela créera une flamme chaude à combustion rapide. Une fois votre feu allumé, optez pour l'ajout d'un bois dur, comme le bouleau ou l'érable. Le bois doit également être sec, ou votre feu peut être éteint ou expulser l'excès d'énergie en fumée.

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La conception du feu de camp parfait a plus à voir avec la thermodynamique et la densité des matériaux, bien que les recherches de Duke, et d’autres, ne fassent que confirmer la façon dont les humains font du feu depuis des lustres. Les Égyptiens de l'Antiquité avaient le rapport hauteur pyramidale par rapport à la base du feu il y a des siècles, et pour la plupart, cette technique de fabrication du feu est devenue une connaissance de base. Cependant, maintenant que vous pouvez ennuyer vos amis non-ingénieurs avec les mathématiques derrière un feu de camp, vous serez sûrement un succès lors de votre prochaine fête.


Voir la vidéo: SURVIE! Comment produire du feu avec des objets du quotidien? (Septembre 2021).