我們看到的火焰是由什麼組成的？

01-04

就是火焰的反應原理，微觀結構，是怎樣的反應釋放出了火. 千萬不要有人跳出來說是內焰、外焰之類的回答，我問的顯然不是這個。

火焰是一種現象。在化學反應和分子輸運兩大要素的作用下，反應區域源源不斷地消耗著自由基（燃料和氧化劑），同時放出熱量維持反應溫度。反應物被大量消耗但同時也通過輸運過程獲得補充。這麼一個自維持的系統稱之為火焰。

而通常我們所看到的部分，則是高溫環境中離子躍遷放出的光。比如這是樓上提到的本生燈火焰（Bunsen flame)，火焰面只是亮藍色薄薄的一層，是化學反應最劇烈的地方，這個區域以外的地方其實並沒有「燒」起來。比如中間淺藍色三角部分，這只是由於氫氣的自由基在高溫下躍遷發射出藍色可見光。

存了很多火焰的圖，這是湍流情況下的bunsen flame

這個比較有意思，燃料速度變大時候，火焰會飛起來：

湍流火焰合集：

Hi,buddy.Give you an answer easy to understand。。。其實火焰說白了就是一團溫度很高的空氣，因為燃燒反應放熱使得這團空氣溫度很高。

那為什麼發光呢。首先我們解釋一下發光的本質，所謂平常我們說的發光，就是這個物體的輻射的電磁波是可見光，波長在400到700納米之間。

那麼其他物體也會輻射嗎？答案是肯定的，一切有溫度的物體都會有輻射，只不過有些溫度低的輻射的不是可見光（其實準確的說法是它的輻射電磁波中不含可見光），比如我們人體也在向外輻射紅外線，所以當在黑夜中，人眼看不到人，但是紅外儀可以看到。但是一塊燒紅的鐵塊可以在黑暗中發光，因為它的溫度夠高，但是它發出的是暗紅色的，這是因為它的溫度還不是特別高，所以它輻射的電磁波中可見光的部分是紅色光譜部分的（靠近紅外線光譜）。還有一個例子就是廣告上不是說白熾燈就是利用輻射照明浪費電什麼的。。。這就是輻射波長與物體溫度之間的關係，也就是維恩定理。

我們現在就知道可以從宏觀上了解為什麼火焰發光了，因為火焰就是溫度達到了1000K以上的熱空氣，它輻射的電磁波中就包含可見光的部分。。。

最近要final，剛好當combustion的複習，試著看能不能講明白

上古時期，18世紀提出的觀點是燃燒本質就是可燃物和氧氣發成反應，後來大家發現這個說法太扯了啊，生命本身不就是「緩慢燃燒「了？後來，通俗意義上的燃燒就是化學反應伴隨著放熱，並且反應速率取決於溫度。

1. 氣體/液體燃燒

主要的燃燒有兩種，一種是deflagration ,一種是detonation. 一樓講的亞音速主要就是delfagration的現象。生活中普遍使用的也都是delfagration。

1.1 delfagration

下面就是樓上有人提到的 premixed 和 non-premixed 兩種。premixed是預先混合好的氣體和氧氣，比如說汽油的發動機，傳統意義上都是把汽油和空氣混合了，然後吸進氣缸里用spark plug點燃。如果你擔心為什麼空氣和燃料混合了不會自燃，答案是大部分混合的條件不夠自燃，比如煤氣罐泄露，如果沒有引燃的一個點，他就沒辦法燃燒。這個點俗稱叫activation energy。大概意思就是你不摩擦一下火柴，火柴就不能著的趕腳。

1.1.1 non-premixed/diffusion

一般生活中能看到的都是non-premixed的燃燒，比如說蠟燭，火柴，普通打火機什麼的。non-premixed的標誌就是不太穩定的，稍微有些晃動的紅/黃色火焰。一般來講non-premixed效率稍微低一些，畢竟因為經過充分混合，動作起來會舒暢一些。傳統的柴油機都是non-premixed,或者也叫diffusion，燃燒不完全，一走一過的早起公交車後面全是大黑煙，主要就是因為這個原因。

non-premixed因為燃料和空氣沒有混合，所以相互有滲透作用，這個滲透過程本身很影響燃燒的過程和排放物。不同的東西相互滲透速率也不一樣，所以教授啊工程師啊什麼的有許多人沒事就天天研究這個，1950年代一大批的人都在研究，老毛子啊什麼的，發明了很多特別他媽繞口的模型，搞的老子才考了63，你媽啊！我不爽啊！平均分還73，那幫人他媽上課聽聽人名就都會了啊！我記不住人名啊，也沒想到考試不考計算，全是人名和模型，搞毛毛啊！

通過我的慘痛教訓，我們可以知道：

燃燒在各個方面都基本是沒有一個統一的完美理論，只有各種工程應用模型和傳統的理論。這些工程應用模型中，每個模型都可能有很多係數，就是讓你來調教的。

打個比方，這些模型都是M，你是S，可是每個人都有不同口味的M，你S的喜好卻是固定的，你怎麼辦？一點一點調教他們啊！操蛋嗎？操蛋！

這個左面是在1個重力，右面是沒有重力情況下的diffusion flame.圓滾滾的好玩吧？

這個是很明顯的diffusion，傳統柴油機里大概就是這個樣子，下面綠色的燃料，上面是火焰，你不斷的把燃料噴射到現有的火焰里，缺點提過了，就是排放不太好，優點有可能是燃燒速度快，需要求證

1.1.2 premixed

premixed火焰一般表現為藍色，我們身邊的大部分燃料都是CH基礎的，碳氫基礎，一般來說反應的過程和形式都比較類似。Premixed的幾個應用就是在汽油機，發電站，火箭和飛機好像也是，不太了解。

premixed因為高效環保容易調教，所以比較受，喜愛。大家就研究出了各種各樣的測試方式，首先，你怎麼測量不同地方的火焰速度呢？還有，火焰溫度？壓力？這些東西都怎麼測量？於是就出了各種各樣的test cell，有樓上說的 XX BURNER，這個我考試考了，還是不會寫，無視他吧

你們看，這就是測量方式，那個綠色的線是溫度計，藍色的我也不太了解是什麼，大概是測量壓力的，最上面是點燃的線。實驗的時候要保持流速固定，否則就像樓上有人說的，那種火焰會離開瓶口的現象。當然，如果速度太慢，就會往回燒，然後就big bang了啊。

1.2 detonation

這個比較有衝擊波的感覺，就是如果我們假設火焰在中間不動，然後右面是往左面來的燃料和空氣，火焰左面是燃燒後的廢棄物，那麼廢棄物的速度可以達到2000m/s，以這個速度來看，電影中的大部分主角都躲不開爆炸場面，瞬間就烤熟了，或者被衝擊波卷飛了好么？

上個叫ZND的模型，1940年，大概是老毛子或者德國人出品

假設左面是可燃物和空氣，到1的時候是一個普通的衝擊波，然後壓力大幅增加，然後是一個緩和的區域，壓力，密度，溫度都不變，然後是反應區，大概就是火焰真正發生的地方，這個時候壓力反而下降了不少。

注意看一下，這個順序里衝擊波使快過火焰的，所以電影里的那些火焰特效是假的啊！如果真有衝擊波，瞬間就沖走了，都不用火啊！而且你看看那個氣壓比例，20多啊！大概相當於200m深的水壓啊！比愛情的龍捲風還要兇猛吧？！

2. 固體燃燒

固體燃燒我們學的主要是中國部分土豪的主要來源，煤

2.1 一層模型

一層模型，就是說只有一個層面是在燃燒。這一個層面就是固體和氣體（空氣）接觸的地方，也是火焰發生的地方

2.2 二層模型

2層模型是說固體和火焰中間多了一個預熱層，也就是預熱層和火焰兩層。

順帶多嘴一下，不知道國內的火電廠什麼樣，不過都應該是把煤炭磨成粉面然後燃燒，這樣好提高燃燒效率。不過國內以前很多的東西減排措施不完全，貴啊！因為技術都在老外這裡，老外巴不得你求他們要減排的技術呢啊！但是不減排，國內的PM2.5又受不了，核能你又不上，風能/太陽能的基礎建設來源還是火電廠的電，水電你又說三峽造成了氣候影響

這不行，那不行，坑爹呢啊？國內搞科研的同學一定要好好學習，報效國家和人民啊！我這種國外的學渣如果有學成的那一天也會回國效力的啊！

3. 總結

說了這麼多，我估計也沒有說明白火是什麼，因為這個定義本身不好解釋，太通俗，又有太多變數。

一個youtube的video講的很通俗易懂，不過我心情不好，要拿C了，所以你們自己翻牆看吧，英文的，但是真的很簡單明了

https://www.youtube.com/watch?v=N1pIYI5JQLE#t=82

let me google it for you：

火焰中心到火焰外焰邊界的範圍內是氣態可燃物或者汽態的可燃物，它們正在進行比較劇烈的氧化反應。在氣態分子結合的過程中釋放出不同頻率的能量波，因而在介質中發出不同顏色的光。伴隨燃燒的過程，其殘留物可以反射可見光。所以可以被我們看到。

在物質變為氣態以後，如果從外界繼續得到能量，到一定程度後，它的粒子又可以進一步分裂（原子或分子發生了電離）。其中自由電子和正離子所帶的負、正電荷量相等，而整體又呈電中性，行為受電磁場影響，稱為「等離子體」。由於等離子體內部的粒子之間具有電磁作用，而本身具有氣體的特性，所以能看到火焰的各種形狀。我們一般看到的火焰都是等離子體，霓虹燈的光也是等離子體。

不過不是所有火焰都是高溫的等離子體，在40kPa的絕對壓力下，乙醚與氧氣和氮氣的混和物可以發生冷焰，火焰最高溫度只有80攝氏度。，算是很低的火焰溫度了。還有奧運火炬那種可以在水下的火焰。

樓上所說的對火焰進行複雜的流體力學計算，因為有的時候研究火焰很重要，比如燃燒器，還有上面說的火炬也是。

簡單回答題主：

1、你看到的火焰是光線。

2、光線是由原子中電子由高能級軌道向低能級軌道躍遷時產生的光子組成。

3、原子中的電子的躍遷是由化學反應引起的。

結論：你看到的火焰是由反應物原子互相交換電子的時候產生的光線，過程就發生在反應物之間的分子/原子間隙中。

題外話：事實上，火焰和你能看到的發生在空氣中的「擊穿」本質上沒有區別，比如靜電擊穿你的皮膚和毛衣之間的空氣時以及閃電落地時，你看到的「閃電」經過的路徑上的所有空氣分子中的原子都與鄰近分子中的原子進行電子交換，進而電子躍遷產生光子發出光，反應完成後產生臭氧、氧氮化合物等。你看到的火焰和擊穿電流都是化學反應引起的光線，只是前者持續不斷進行、單位時間內電荷轉移量不多，後者持續時間極短、單位時間內電荷轉移量巨大，因而亮度不同，火焰反應十分柔和而擊穿反應異常激烈以至於造成周遭空氣受振動形成聲波（即爆炸，靜電的「噼啪」聲、電閃雷鳴）。

哈哈，我以前也有這個疑問，水是液體，那火是什麼呢？然後我就問了物理老師，他說火是一種現象，，，

我們看到火焰是一種現象，本質主要是高溫電離的空氣，我們看到的火焰是電離態空氣，以及一些物質高溫電離態下原子核外電子躍遷發出的電磁波。這個問題我想了好多年才明白。

小的時候看科學類的書籍記得物質除了固液氣三態還有其他四態總共七態吧火焰如果沒記錯是等離子態的物質求物理化學專業的科普

等離子

看到的啊！光。

火是等離子體

流動的等離子態氣體

在適合的條件之下，通過燃燒物質使其發生氧化，反應出的能量促使周圍氣體發生了電離，這一過程中的吸能後的電子，會跳躍到低的能級，在跳躍的過程當中會發出可以看得見的光，這就形成了我們所看到的火焰。

火是光，劇烈的化學反應提供能量，反應物電子吸收能量躍遷到高能級軌道，但這並不穩定，當電子由不穩定的高能級軌道「掉落」到穩定的低能級軌道是，以光線的形式放出能量，按照「掉落」的高度不同，會放出顏色不一的光。

呵呵，言簡意賅——光子