力学与实践, 2021, 43(1): 160-163 DOI:

身边力学的趣话

蓝田日暖玉生烟 —— 漫话烟

王振东,1)

天津大学力学系,天津300072

通讯作者: 1)E-mail:wangye@tju.edu.cn

责任编辑: 胡漫

收稿日期: 2020-03-2   网络出版日期: 2021-02-08

Received: 2020-03-2   Online: 2021-02-08

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王振东. 蓝田日暖玉生烟 —— 漫话烟. 力学与实践[J], 2021, 43(1): 160-163 DOI:

锦瑟无端五十弦,一弦一柱思年华。

庄生晓梦迷蝴蝶,望帝春心托杜鹃。

沧海月明珠有泪,蓝田日暖玉生烟。

此情可待成追忆,只是当时己惘然。

这是晚唐诗人李商隐(约 813-858)所作的七言律诗《锦瑟》,为其代表作之一。 李商隐(图1),字义山,号玉谿生,怀州河内(今河南沁阳)人,后人将其与杜牧合称为"小李杜"(加"小"字,为区别李白与杜甫)。李商隐是开成进士,受党争影响排挤,致飘泊潦倒,所作诗多托古以讽,富于文采,具有独特风格,因用典故较多,使理解较难。此诗就引用了四个典故。

图1


"庄周梦蝶"典源于《庄子$\cdot$齐物论》,意为:庄子梦中幻化为栩栩如生的蝴蝶,醒来后发觉自已仍然是庄子。"望帝啼鹃"典源自《禽经$\cdot$杜鹃》,望帝是蜀地一位开明的部落首领,因让位不当而造成民不聊生,去世后化为杜鹃鸟,至春月间昼夜悲鸣不止,后人常用此比喻冤魂的悲鸣。"鲛人泣珠"典源于晋张华《博物志》卷九,传说南海鲛人哭泣时眼中能出美丽的珍珠。后人常用此形容泪滴如珠。"伯雍种玉"典源自晋干宝《搜神记》卷十一,杨伯雍得仙人所赠石子种于蓝田无终山,得白壁五双以娶妇;后玉石被官匪掠走,仙人又托梦给杨伯雍,以诗句提醒"晴天日出入南山,轻烟飘处藏玉颜",从而又找见了玉。

李商隐借用这些典故,创造了朦胧的意境,写出十分华美的诗句,最后感叹道:人生中那些美好的事和年代,只能留在回忆之中了。

1 烟传递着重要讯息

烟有火字旁,通常是指物质因燃烧产生的气体,但此诗中的蓝田玉并没有燃烧,而是受太阳照射使玉升温,受热后的玉石又将热传给了其表面的空气,使受热空气密度降低而形成热对流(上升气流),又因光的折射,远处观察就像是冒烟一般。古人正是利用这一流体运动现象,写出了诗句"蓝田日暖玉生烟"。杨伯雍按"玉生烟"的讯息,找见了玉。

中国有四大名玉产地:出产"蓝田玉"的陕西蓝田,出产"和田玉"的新疆和田,出产"独山玉"的河南南阳,出产"岫玉"的辽宁岫岩。这些名玉也应会有类似的受日照升温而出现热对流的"生烟"现象,只是李商隐在长安所作的《锦瑟》,仅引用典故写到了唐朝京城长安(今陕西西安)旁边的蓝田玉而己。

烽火台(图2)又称烽燧,是古代防止敌人入侵而建的重要军事防御设施,遇有敌情,白天施烟,夜间点火,台台相连,传递消息。白天放烟叫"燧",夜间举火叫"烽",以可见的烟气和光亮向上级和各方通报讯息,可传5 km之外,是古代行之有效的讯息传递方式。施烟时,因为狼粪点起的烟垂直性好,所以一般燃狼粪,亦称狼烟。

图2

图2   古代烽火台遗址


烽火本是紧急报警信号,但历史上也曾发生过"烽火戏诸候"的事故。西周的周幽王为引妃子褒姒一笑,多次让点燃烽火,戏弄了诸候。待公元前771年犬戎攻打镐京(西周国都,今陕西西安西南沣水东岸)时,再点燃烽火,调诸候援救。诸候已不信,未动兵,致周幽王被杀,西周遭灭。

到唐朝时,边境一度平安无事。据唐代杜佑《通典》卷一五二记载,当时约定"每晨及夜平安,举一火",即用烟或火光通报"平安无事"。

盛唐诗人王维(约701-761)于737年奉命赴边关慰问将士时,途中看到报平安用的一柱烟,即兴写下了千古绝唱的五言律诗《使至塞上》:

单车欲问边, 属国过居延。

征蓬出汉塞, 归燕入胡天。

大漠孤烟直, 长河落日圆。

萧关逢候骑, 都护在燕然。

浩瀚的沙漠中孤烟直上,长长的河流与地平线重合,落日火红,又大又圆,对这美景最贴切不过也就是这10个字了:"大漠孤烟直,长河落日圆"(图3)。"孤烟"就是"平安烟","孤"字写出了景物的单调,紧接一个"直"字,又显出其劲拔、坚毅美。"长河"指横贯沙漠的黄河。落日,原似给人感伤印象,而"圆"字,却又给了人亲切温暖而苍茫的感受。

图3

图3   大漠孤烟直,长河落日圆


有趣的是,《红楼梦》第四十八回"滥情人情误思游艺,慕雅女雅集苦吟诗"中,香菱也对黛玉议论了这句诗,说"这'直'字似无理,'圆'字似太俗。合上书一想,倒象是见了这景的,要说再找两个字换这两个,竟再找不出两个字来"。

2 烟流法是风洞实验的重要显示方法

在流体力学中,对于理想流体运动的欧拉方程组和黏性流体运动的纳维-斯托克斯方程组,解的存在性问题至今尚未在数学上被证明。对大量的自然界、国防和工程技术中的流体力学问题,只有通过理论分析、数值计算和物理实验相结合的方法进行研究解决。对于目前流行的大规模数值模拟,仍必须用精细设计的物理实验来检验其正确性。流动显示方法和技术,正是能达到上述要求的重要的实验方法和技术。

烟流法是风洞实验的重要显示方法之一。用风洞中特制烟管或模型上放出的烟流,显示气体绕模型流动的图形,是很好的观测方法。国际上自1931年起己开始建烟风洞,在风洞外将沸点高于350$^\circ$C的优质矿物油,用金属丝通电加热产生的烟引入风洞;也可以将钨丝或不锈钢丝涂油放在模型前,加热产生细密的烟雾。借助光线对烟气质点的散射,可观察流体质点的运动,得到完整清晰的流动图形。为保证烟束清晰不散,需采用大收缩比的收缩段、稳定段,在风洞入口加装抗湍流网,并釆用吸振性能好的材料制造洞壁等措施,以保证烟流为层流状态。图4是在烟风洞中的汽车绕流图形,图5是在烟迹显示下尖劈旁的流动图,图6是鸭式飞机模型在烟风洞中实验的照片。

图4

图4   烟风洞中的汽车绕流图


图5

图5   烟迹显示的尖劈旁流动图


图6

图6   鸭式飞机模型在烟风洞中实验的照片


烟流法也可以用来研究涡旋的产生和结构,以及边界层的转捩点。

3 烟提出了有趣的流体力学研究问题

流动显示是了解流体运动特性,深入探索其物理机制的一种直观、有效手段。

燃香冒出的烟为什么会向上飘呢?烟是固体颗粒,其密度比空气密度大,为什么又看不到烟向下落?

点燃的香会使其周围的空气温度升高,出现热对流。于是香燃烧产生的固体颗粒物,就被上升的暖空气裏夹着一起上升了。因热空气冷却到环境温度需很长的时间,所以热空气会一直上升。如在室内烧香,烟会随热空气上升,直到吸附到房顶上。若在室外烧香,烟在上升的同时,也会被逐渐吹散。所以很难看到烟向下落。

观察一支香产生的烟在周围静止空气中的上升(如图7$\sim$图9所示),可以发现开始时是沿光滑的直线路径上升,到达一定的高度后,烟突然散开,形成明显无序的时间和空间上不规则脉动的结构。带有烟颗粒的流动经历了从层流到湍流的状态变化。

图7

图7   燃香引起的烟之一


图8

图8   燃香引起的烟之二


图9

图9   燃香引起的烟之三


图7$\sim$图9虽都是燃香时烟的流动,但出现的烟显示出流线情况却极不相同,这究竟是由哪些原因造成的,是很值得深入研究的问题。

图10图11是点燃一根火柴时引起的烟涡旋,图形也很不相同。

图10

图10   火柴燃烧引起的两组烟涡旋


图11

图11   火柴燃烧引起的烟涡旋


这显然会让人联想起:层流如何转捩为湍流,涡旋的产生和卷吸等流体力学问题,很值得有兴趣者去进一步研究。

(本文部分图片自网络收集,来源不详,仅供力学科普之用,特此致谢图片的原作者)

参考文献

于石等 . 常用典故词典. 上海: 上海辞书出版社, 1985

周汝昌 . 李商隐"锦瑟"//唐诗鉴赏辞典. 上海: 上海辞书出版社, 1985

张燕瑾 . 王维"使至塞山"//唐诗鉴赏辞典. 上海: 上海辞书出版社, 1985

曹雪芹, 高鹗 . 红楼梦. 北京: 人民文学出版社, 1973

崂子, 胡良清 . 李商隐. 武汉: 长江文艺出版社, 1997

王振东. 诗情画意谈力学. 北京: 高等教育出版社, 2008

Wang Zhendong. Poetry and Painting on Mechanics. Beijing: Higher Education Press, 2008 (in Chinese)

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