如何科学地吹牛,让人找不到漏洞?

如何科学地吹牛,让人找不到漏洞?

如何科学地吹牛,让人找不到漏洞?

苏澄宇,动物科学 / 冷门问题收割者 / 分享动物们的小秘密

如果只是把牛吹凉,那可能得从正面吹。


2001 年,科学家在《Journal of Thermal Biology》发表了这个研究[1]

研究的第一步是造一头牛——当然不是真牛,是电脑里的数字牛。

身材数据很标准:长 2.15 米,从鼻子到屁股;宽 0.75 米,肚子最宽的地方;高 1.3 米,从地面到背部,或者 1.5 米到头顶。

不过为了省事,他们把牛尾巴、牛毛这些小零件都忽略了,身体表面弄得光滑。毕竟,牛毛对气流影响不大,建模时可以先忽略。

然后,他们用“三维贴体坐标系”,英文是 Body-Fitted Coordinate System,简称 BFC,给牛建了个模。

有了牛,接下来得搭个“风场”让它吹。

他们在电脑里建了个封闭空间,长 5 米,宽 2.5 米,高 1.8 米,把牛放中间。盒子入口的风速定在 2 米每秒,大概就是微风吹脸上的感觉。后面他们还试不同风速。

接下来,他们用上了雷诺平均纳维 - 斯托克斯方程,简称 RANS。用来算出风的速度、压力和乱流,但直接解太难,所以他们加了个 k-ε模型,专门对付乱七八糟的风。k 是湍动能,ε是湍流耗散率(公式太长,略,可以看参考文献)。

风准备好了,他们开始吹牛,试了三种姿势:

  • 正面吹:风直冲牛头,0 度。
  • 侧面吹:风从牛侧面来,90 度。
  • 背面吹:风对着牛屁股,180 度。

还画了速度矢量图,看看风咋跑的。

图 6:侧面吹,图 7:牛头迎风,图 8:背对风

风速每秒 2 米时,正面吹,牛头前面风速高,侧面和背面有涡流;侧面吹,风速在牛身两侧差不多,后方涡流大;背对风,后面涡流更大。

他们还算了热量损失,假设环境温度 30°C,牛体温 38.7°C,毛密度 54 根每平方毫米,毛长 10 毫米。

对于每种朝向,随着风速从 1 m/s 增加到 4 m/s,对流热损失逐渐增加。热损失的增幅随风速增加而减小。

算下来,牛头迎风时散热最多,侧面吹次之,背对风最少。

风速当然越大越好了……

之所以正面吹,散热好,是因为迎风面风速接近入口风速,对流换热系数高,散热量大。而且正面吹时,气流撞击牛头后会产生强烈的湍流,增强了气流的“搅拌”效应,使热量更快从牛体表面传递到空气中。


如果要把牛吹上天呢?

Robin Bornoff写过一篇博客,使用 FloEFD 模拟一头牛在风洞里被吹,看看能不能飞起来[2]

模拟过程省略,选择了从正面吹和背面吹两种:

结论就是,正面吹的情况下,风速超过每小时 1000 公里,那牛就会被吹飞。当然,如果一头牛以每小时 1000 公里的速度奔跑的话,它也将起飞(bushi。