如何科学吹牛?

2025年04月08日02:10:08 科学 8665

如果只是把牛吹凉,那可能得从正面吹。

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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。

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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。

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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。

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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……

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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:

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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。

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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。

参考

  1. ^https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/s0306456500000516
  2. ^https://blogs.sw.siemens.com/simulating-the-real-world/2015/09/21/can-cows-fly-floefd-investigates-part-2-aerocownamic-lift-and-drag/

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