秋裤御寒的数值模拟[1]
超哥
(重庆大学XX工程学院氢能技术与应用研究室)
摘要:秋裤作为人们的必备物品,在天气寒冷时发挥了重要的作用。但是,长期以来,人们只知道秋裤具有御寒作用,对于其究竟有多大的作用,大家并不知道。本文通过建立人体腿部的三维数值模型,通过三种情况的比较,定量的分析秋裤的作用。
关键词: 秋裤;数值模拟
Abstract:Pants ………………(此处省略159字)。
Key words: pants; simulation
引言
随着倒春寒的到来,最近几天气温骤降,哥躲在实验室都不敢出去了。但吃饭的时候还是得在外面吹西北风,风在腿上刮得生疼。由于前段时间气温都超过20摄氏度,秋裤早就脱下。秋裤这东西就像毒品,穿上就很难再脱下了。因此,哥坚持了两天,期待着天气好转。但当我打开QQ的天气预报,发现未来3天都不超过10摄 氏度时,哥陷入了沉默……也不知过了多久,哥的嘴角抹出了一丝苦笑,“终究还是要再见么?”已不知何时脱下,压在衣柜的最深处,那一刻感觉是如此的轻松, 仿佛可以飞向所有想去的地方。本以为阳光下的温暖,可以让哥忘掉有你的季节,但当无情的北风将我推向你的门外时,我才发现,原来,我从未真的放下。颤抖的再次感受到你温度的刹那,哥早已内牛满面。哥决定,用科学的方法证明离不开你。[2]
1. 数值模型
利用Gambit建立三维模型,由于腿部的对称性,只需建立一半。假设这条腿1m长,膝盖在中点,小腿底部半径5cm,小腿肚8cm,膝盖7cm,大腿顶部12cm,结果如图1所示。由于皮肤表面并非37℃常温,因此,在皮肤表面下3mm出建立一个恒温面,设定为37℃。图2中表示传了秋裤和长裤的腿,秋裤和长裤的厚度都为1mm。裤脚出设定为速度进口velocity-inlet,大腿顶部和裤管间为outflow。对称面为symmetry,长裤内空气为fluid,其余体为solid。
对于皮肤部分,其物性参数取牛肉的值,即密度900,热容3500,导热系数1。.秋裤取纯棉,密度117,导热系数0.45。长裤为棉纱,密度117,导热系数0.075。求解问题过程,因此比热容对计算结果无影响。空气温度5℃。
2. 计算结果
针对三种情况进行模拟,不穿裤子,只穿长裤以及长裤和秋裤都穿。
梅川酷子很猛,什么都没穿,所以是一条裸腿。假设风为4级,风速为6.5m/s。整个腿按圆管强制绕流经验公式,水利直径0.15m。可得Re=68900,为紊流旺盛区。Pr=0.705,得到Nu=257.5。因此对流换热系数h=6.46。模拟计算结果如图3所示。腿部表面的平均温度为304.75K,即31.6C°。通过表皮的热量为27.69W。
2.2 只穿长裤
只穿长裤时,长裤外表面按照1中同样的方法,得到h=4.21。裤角空气进口速度0.1m/s,流体流动计算在fluent中选层流模型。结果如图4所示。
腿部表面温度平均值为306.81K,即33.66℃。通过表皮的热量为16.66W。
2.3 秋裤+长裤
假定秋裤很紧身,和皮肤间无空气,只有导热。计算结果如图5所示。
腿部表面温度平均值为307.58K,即34.43℃。通过表皮的热量为12.89W。
3. 数据分析
从上面的图像可以看出,梅川酷子腿部的颜色最浅,即温度最低,而穿了秋裤后颜色最深,即温度最高,只穿长裤的结果在两者之间。结果列表如表1所示。表1可做图6,7。
从图6可以看出,穿了一条长裤后,比梅川酷子的表皮温度高了2.06℃,而再加一条长裤后和梅川酷子相比,温度增加了2.83℃。从图7可以看出穿了一条长裤后皮肤换热量比梅川酷子减少了11.03W,降幅达39.8%。再加一条秋裤后,换热量比梅川酷子降低了14.8W,降幅达53.4%,相比只穿一条长裤,换热量也较小了3.77W,降幅达22.6%由此可见加了一条秋裤后可以大大减少换热量,达到保温的目的。
4 结论
(1)穿一条长裤比什么都不穿强得多;
(2)在一条长裤的基础上再加一条秋裤,保温效果更好。
(3)穿长裤和秋裤时比只穿长裤的保温效果也好很多。
因此,冷的时候别裸奔,天冷除了加衣,也别忘了加秋裤,效果相当不错哦。
参考文献:
[1]此篇文章为师兄昨晚闲得XX,故YY了此篇文章,虽说不能跟投核心期刊的相提并论,毕竟才花几个小时嘛,但作为科普文章还是可以看看的。
[2]此处为隐喻实验室某人的XX,到底是什么自己YY。
[3]参考文献都是haoer注释滴,其它文献-略。