可调蚊香燃烧速度装置的设计探究

   日期:2019-08-08     浏览:712    评论:0    
核心提示:文章阐述了蚊子的危害性和灭蚊的必要性,重点探索了如何调节蚊香燃烧速度,最大限度地提高蚊香杀蚊效率的问题。从实验的角度出发,层层设问,步步设疑,充分利用科学原理和实验探索结果,找到了影响蚊香燃烧速度的因素,解开了影响蚊香燃烧速度的疑团,设计出了可调蚊香燃烧速度的装置,为正确使用蚊香、提高蚊香灭蚊效率提供了理论和技术支持。
炎炎夏日,蚊子开始猖獗起来。蚊子是世界卫生组织宣布的威胁人类健康的头号公敌。世界上有蚊子2 000多种,我国有140种,传播疾病的有80多种,会传播疟疾、丝虫病和乙型脑膜炎等各种疾病,严重影响人们的工作、学习和生活。 讲究卫生,人人动手,消灭蚊虫,利你利我,利国利民。各级政府和各级卫生组织经常开展群众性的灭蚊活动,许多城市还在街道、马路、绿化带、人多的闹市区发射灭蚊炮,散发灭蚊雾剂。灭蚊的方式和产品有很多种。蚊香,由于其制造简单、价格低廉、副作用小、便于携带,是人们广泛使用的一种灭蚊产品。但如何正确使用蚊香,最大限度地发挥其灭蚊效应,有待探究。 
根据消费者调查结果显示,消费者希望有一种装置能调节蚊香的燃烧速度,进而控制其杀蚊效率:当蚊子多时,蚊香燃烧速度快,其驱蚊杀蚊威力大;当蚊子少时,蚊香燃烧速度变慢。 
1 问题的提出 
一个偶然的机会,笔者观察到,两支完全相同的香烟 ,同时点燃,一支水平放置,一支竖直放置,燃烧时间不同,散放烟雾的浓度也不同。竖直放置的燃烧快,烟雾浓度大;水平放置的,燃烧慢,烟雾浓度小。进一步测试,以云南红河牌A7香烟为例,竖直放置的燃烧时间是7分10秒,水平放置的燃烧时间是9分05秒。 
这一发现,给我一个启示:蚊香的燃烧速度是否跟香烟燃烧情况相似呢?可以实现人为调节吗? 
2 问题的探究 
将同品牌同规格的两支蚊香同时点燃,按不同角度放置(一支水平放置,另一支豎直放置),发现竖直放置燃烧快,水平放置时间慢。燃烧时间对比如图1所示。 
进一步探究:还有没有办法,再将燃烧时间加快?联想到了北方的火锅,可以通过调节入风口的大小,来调节火锅的燃烧速度。火锅燃烧时,上面的空气被加热,比重变小,上升快,从出风口流出速度加大;下边的冷空气从入风口流入速度加快,增加了火锅内的氧气,起到助燃的作用,从而达到炉火旺盛的效果。 
笔者先制作了一个基于火锅设计的手板模型(如图2所示)。 
实验几小时后发现:“火锅”模型的确有“拔风”的效果;有效杀蚊化学物质较多地残留在出风口内壁上。 
这样,虽然蚊香燃烧速度加快了,但是其杀蚊效率没有提高,因为残留的化学物质没有在大气中挥发,而蚊香是利用高温燃烧作用,将杀虫剂缓缓释放到空气中,达到驱蚊杀蚊的目的。这就给了我设计装置一个启示:出风口一定要尽可能的大,不要阻挡化学物质的挥发。 
2.1 实验探究(一) 
通过多次反复试验,得出以下结论。 
(1)规格相同,不同品牌的蚊香(如雷达、彩虹),在同一条件下燃烧时间不同(燃烧速度不同,V=L/t):雷达牌蚊香燃烧8 h,彩虹牌蚊香燃烧7 h。 
(2)规格相同的同一品牌蚊香,在不同条件下,燃烧时间不同(燃烧速度不同,V=L/t)。 
(3)蚊香燃烧时间与蚊香自身湿度、环境湿度、环境温度、通风条件有关。在蚊香自身条件相同,外部环境相同的条件下,其燃烧速度与放置角度有关,即蚊香平面与水平面的夹角有关,如图3采用雷达牌蚊香的实验记录(同一规格的蚊香在同种环境下放置角度不同的燃烧时间)。 
根据实验结果可见,蚊香放置角度对燃烧速度有较大影响:竖直放置的蚊香要比水平放置的蚊香燃烧速度快14%。 
试验结论:只要改变蚊香放置角度大小,就改变了其燃烧速度的大小,从而改变了杀蚊效率的大小。燃烧速度越快,单位时间内释放有效化学物质就越多,杀蚊威力越大。 
2.2 试验探究(二) 
根据火锅“拔风”原理,改变燃烧速度,设计了下述装置(如图4所示)。 
将蚊香放入一个稍微倾斜的正方形盒子里,正方形盒子上口全开(以免阻挡化学物质的挥发)。以下为燃烧时间的统计(如图5所示)。 
试验结论:火锅式的拔风罩不仅能让蚊香燃烧速度比平放最多快40%,而且使杀蚊化学物质的挥发量大大提高,杀蚊效率提高。 
3 问题的解决(装置的设计) 
根据上述实验原理和结果,设计装置如下:一个金属盘,由两个部分组成,其中一个部分固定(前挡板、底座),另一部分为活动式(白色托盘)。活动部分上装有固定蚊香的装置,整个活动部分可以沿轴心旋转,直至与固定部分贴合。当白色托盘处于0~90°的角度范围之内时,蚊香燃烧速度可以最大加快14%;当白色托盘和前挡板完全贴合时,“火锅”式的拔风罩形成,可以加快燃烧速度40%,从而达到调速的目的(如图6所示)。 
此装置外表呈流线型设计,造型新颖,色彩醒目,成本低,易操作,使用方便,使用效果好,便于推广。 
蚊子活动规律: 一年中,七八月份蚊子活动最活跃; 一天中,傍晚蚊子活动最活跃,中午蚊子最少;杂草、潮湿环境蚊子活动最活跃;温度太高、太低,蚊子不光顾;蚊子怕光,但又不喜欢光线太暗,最喜欢在弱光环境下活动。根据蚊子的活动规律,旋转调节旋钮以调节蚊香的角度,就可以达到调节蚊香燃烧速度,进而实现提高杀蚊效率的目的。  
 
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