如何科學吹牛?

2025年04月08日02:10:08 科學 8665

如果只是把牛吹涼,那可能得從正面吹。

如何科學吹牛? - 天天要聞

2001年,科學家在《journal of thermal biology》發表了這個研究[1]

研究的第一步是造一頭牛——當然不是真牛,是電腦里的數字牛。

身材數據很標準:長2.15米,從鼻子到屁股;寬0.75米,肚子最寬的地方;高1.3米,從地面到背部,或者1.5米到頭頂。

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不過為了省事,他們把牛尾巴、牛毛這些小零件都忽略了,身體表面弄得光滑。畢竟,牛毛對氣流影響不大,建模時可以先忽略。

然後,他們用「三維貼體坐標系」,英文是body-fitted coordinate system,簡稱bfc,給牛建了個模。

有了牛,接下來得搭個「風場」讓它吹。

他們在電腦里建了個封閉空間,長5米,寬2.5米,高1.8米,把牛放中間。盒子入口的風速定在2米每秒,大概就是微風吹臉上的感覺。後面他們還試不同風速。

接下來,他們用上了雷諾平均納維-斯托克斯方程,簡稱rans。用來算出風的速度、壓力和亂流,但直接解太難,所以他們加了個k-ε模型,專門對付亂七八糟的風。k是湍動能,ε是湍流耗散率(公式太長,略,可以看參考文獻)。

風準備好了,他們開始吹牛,試了三種姿勢:

  • 正面吹:風直衝牛頭,0度。
  • 側面吹:風從牛側面來,90度。
  • 背面吹:風對着牛屁股,180度。

還畫了速度矢量圖,看看風咋跑的。

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圖6:側面吹,圖7:牛頭迎風,圖8:背對風

風速每秒2米時,正面吹,牛頭前面風速高,側面和背面有渦流;側面吹,風速在牛身兩側差不多,後方渦流大;背對風,後面渦流更大。

他們還算了熱量損失,假設環境溫度30°c,牛體溫38.7°c,毛密度54根每平方毫米,毛長10毫米。

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對於每種朝向,隨着風速從1 m/s增加到4 m/s,對流熱損失逐漸增加。熱損失的增幅隨風速增加而減小。

算下來,牛頭迎風時散熱最多,側面吹次之,背對風最少。

風速當然越大越好了……

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如果要把牛吹上天呢?

robin bornoff寫過一篇博客使用 floefd 模擬一頭牛在風洞里被吹,看看能不能飛起來[2]

模擬過程省略,選擇了從正面吹和背面吹兩種:

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結論就是,正面吹的情況下,風速超過每小時1000公里,那牛就會被吹飛。

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當然,如果一頭牛以每小時1000公里的速度奔跑的話,它也將起飛(bushi。

參考

  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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