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一个清华博士在供暖前给广大学子最中肯的建议

凤凰财经2018-05-19 20:26:14

来源:毕导(bxt_thu)获授权转载




作为一个家在杭州的西北大汉

印象中我在西北大漠里的童年 每年都大雪封山

我以为腾格里的冰雪让我学会了抗冻

然而到了杭州才发现这帮连雪都没见过的人才真是抗冻!

可离了暖气我踏马就什么都不是

北方人取暖靠暖气 

南方人真的只能靠一身正气


所以我高考时只有一个信念:回北方!

在北方众多高校中  我左选右选 

最终锁定了宿舍条件最好、供暖时间最长



 

来到清华后  似乎和想象的并不完全一样

比如今年  我感到特别的冷

可能因为11月要进行美国第58届总统大选了吧


我本身是寒性体质  最近每天都手脚冰凉

这让我更坚信自己上辈子是折翼的天使

作为一个天使

我觉得有必要带领大家认清最近为什么突然感觉这么冷 


北京地处亚欧大陆东岸  是典型温带季风气候




图1.北京四季平均最高、最低温度走势图


然而事实上是……三季分明……北京……没有秋天……

实际上体感温度是这样的……


图2.北京四季实际体感温度走势图


不过虽然北京冬天感觉非常冷  但是只要有 暖气 室内温度就会超高!


图3.暖气温度图


将图2、图3叠加 就可以将体感温度图加上暖气带来的偏差修正

然后就得到了

北京全年真实体感温度曲线!!!


图4.北京全年真实体感温度图


这张图完美的解释了为什么最近突然这么冷…

因为……


我就像一个电子被困在无限深方势阱里

穿再多秋裤也爬不出来……


每当这个时候

周围的人都会想出各种办法御寒

周围的公众号也都会出一些抗冻指南

但我对那些传统方法都不屑一顾  因为没有什么亮点和创新点

加衣服的话太过臃肿  掩盖了我傲人的身材

开空调的话又不符合我倡导绿色低碳的化工博士身份

所以我平时的御寒方法  只有一个




这绝不仅仅是因为这条方法简洁明确、传达关爱还能快速获得热量

而是因为随着冬天气温降低  空气的分子密度升高

大气压升高  从而水的沸点也会随之升高!


表1.北京1~7月平均大气压走势


所以冬天的开水比平时的开水蕴含了更多的热能!喝开水是非常有效的!


然而开水的功效还是渐渐扛不住北京的寒冷

那要不就穿秋裤吧?




我这个人做事向来缺乏独立自主的精神

只有看到别人穿秋裤或者是别人告诉我要穿秋裤  我才会穿秋裤

但是通常情况下你脱掉别人的外裤去看他有没有穿秋裤好像也是一件蛮尴尬的事情

所以直到今天周围的人里  我也只知道刘伯民穿了秋裤


另外最近亚清比较忙  跟我聊天次数越来越少

因为没有得到她的指示  我现在还没拿出秋裤


清华要5号才供暖  但是我实在是冷得受不了了

作为一名刚刚通过博资考的优秀博三学生

我决定!

通过自己深厚的理论功底 

建立一套新的御寒理论

以指导自己和自己的周围的人

度过暖气来前的漫长岁月!


我总结了我24年的人生经验

经过大概20分钟的模型计算

终于得出了三条帝都冬季穿衣法则!

在此分享出来 与诸君共勉!

 

一、穿衣顺序原理(Dress Order Principle)


衣服分为很多种:内衣、衬衫、毛衣、卫衣、风衣……

每一种又分很多材质:棉麻、羊毛、化纤……

那么两件不同衣服 

哪件穿在外面会感觉比较暖和呢?

平时我们都把秋衣穿在里面  外套穿在外面 

这样穿真的保暖吗?

我的穿衣顺序原理表明  这是错的!!!

下面我将向大家揭示  如何通过科学合理的顺序穿衣服  最大限度发挥衣服的御寒功能!!

 

每个优秀的理论都会基于一些巧妙的假设

我们的理论也是建立在几条非常符合实际的假设之上的:


1、人可以看作一个恒温37℃,

底面半径为20 cm,高为175cm的圆柱体!


2、衣服可以看作

均匀包在这个圆柱体外部的圆筒!


这两条假设虽然忽略了不同人高矮、身材、感受性的差别

但是我觉得作为基础性假设整体上还算是十分精妙绝伦的




下面我们用实验和理论来探究  究竟哪件衣服应该穿在外面?


(1)首先我们直观地感受一下两件衣服的保暖效果


决定一件衣服保暖性能的核心是衣服的导热能力和厚度




我们用衣服包着初始温度约为54℃的暖水袋

测量5分钟后衣服外表的温度上升到了多少




Amazing!

在同样的时间内

秋衣升到44度 几乎接近了热水袋温度

而风衣则只上升了10度!


这个结果说明 风衣的保暖效果远远好于秋衣!

那么下一个问题是

应该把保暖效果好的穿在外面还是里面呢?


(2)理论计算(文科生可快进)


根据柱坐标下圆筒壁的径向热流量方程

秋衣秋裤的主要成分是棉  导热系数k1=0.050 W/mK

风衣的主要成分是羊毛和聚酯纤维  导热系数k2=0.029 W/mK

它们的厚度如下图




  • 若秋衣穿在里,毛呢大衣穿在外


R1为人的半径,取200 mm;R2为人的半径加上秋衣厚度,为200.342 mm;R3为人的半径加上秋衣厚度加上大衣厚度,为200.875 mm

代入求出散热量为




  • 若毛呢大衣穿在里,秋衣穿在外


R1为人的半径,取200 mm;R2为人的半径加上大衣厚度,为200.533 mm;R3为人的半径加上大衣厚度加上秋衣厚度,为200.875 mm

代入求出热阻为


看到了吗!如果把毛呢大衣穿在秋衣的里面  你的散热功率降了整整两瓦!


Amazing!

如果你用我的方法秋衣外穿

在外面站上整整两天

那就能节省出整整一个鸡蛋的热量!


我们甚至可以算出两种情况下的温度分布图

秋衣在外风衣在里时  所有的热量都被牢牢集聚在了身体周围!科学就是这么一目了然!




这个结果很让我震惊!

我突然觉得我应该可以将这个结论写成论文

一定能发表在《Journal of Clothes and Pants》上

这样我明年就可以去和蔡达理争国奖了!


可惜众人皆醉我独醒

只有我  这个清华化工膜技术的博士

掌握了穿衣禦寒の奧義

厚度较小、传热系数较大的秋衣应该穿在外层

而厚度较大、传热系数较小的大衣才应该贴身穿着!

所以科学的穿法是这样的




二、多层毛衣理论(Multi-sweater Theory)


我有一件超帅气的黑色毛衣外套

周围的理工科男生们也都称赞我有品味

每次穿上都觉得自己是周杰伦MV中的男主角




然而事实上……

在北京……每次穿上它骑车都一秒冻成狗……

我不得其解却还要保持微笑

直到有一天  亚清一针见血的指出:“毛衣是有孔的,透风,不适合做外套抵御风寒。”

我茅塞顿开  醍醐灌顶  但心中不服  决定从理论高度推翻亚清

 

毛衣是以机器或手工编织的毛线上衣  

加工方法注定了毛线和毛线之间是会有缝隙的

因此毛衣是一种多孔材料(porous material)

当穿毛衣骑行时  风会从毛衣的孔里灌进来

那么如何解决这个问题呢?

这时就要用到我的多层毛衣理论!!!


理论依然有两个优秀的假设:


1、毛衣内部的孔可以看作

半径为R、长度为L的圆柱形通道!

2、骑车的时候冷风从圆柱形孔流到毛衣内!


(以下为理论推导 文科生快进)

将流速较低的空气视为均质、各向同性的不可压缩流体,故有连续性方程与Navier-Stokes方程

将气体流动视为一维圆管稳态流动,将上述方程在柱坐标下展开,求得圆柱内速度分布


积分求出冷空气流量,即Hagen-Poisenille方程


定义一件毛衣的孔隙率为毛衣表面的孔面积与毛衣面积之比,最终得到冷空气流量和毛衣孔隙率的关系!


现在我们就得到了我们最有力的结论:


骑车时灌入单件毛衣内的冷空气量

和毛衣的孔隙率是正比关系!

和孔半径是平方关系!


因此……

穿n件毛衣就可以使冷空气量以n次方级降低!


我偷偷拆掉了亚清的三件毛衣和一条围巾

大致测算出了毛衣的平均孔隙率是0.05

而我们通常意义上的外套  大多指毛毡类风衣  非常致密  平均孔隙率只有0.001

所以穿几件毛衣就可以达到风衣的效果呢?


Amazing!

虽然毛衣是漏风的

但只要穿2.3件漏风的毛衣

其实抗风效果就和一件风衣是一样的!


为了让大家更直观地感受这个理论的强大

我贴心地为你们准备了对比图

下图是透过一层毛衣的效果图




怎么样?是不是可以清晰的看到一个我在向你们微笑?但已经有点难分清这究竟是我还是陈冠希了


两层毛衣的效果就是这样的!已经完全看不清人脸了!




三层毛衣的话完全什么都看不见了!




经过缜密的理论计算和直观体验,我总结出了多层毛衣理论

1、单层毛衣的抗风能力远不及毛呢类风衣

2、通过叠加毛衣的穿法可以显著增加毛衣的抗风能力

3、当叠加毛衣数大于2.4层时,抗风能力超过风衣

 

从理论高度推翻了毛衣不能做抗风外套的结论后

我继续开心的当起了MV的男主角

 

三、扎裤理论(Zha Pants Theory)


上面两条理论都主要针对上衣

然而现实生活中人们往往忽略裤子的搭配

一般人的裤子御寒思路非常局限

无非就是无限秋裤流



就这样过了二十几个冬天后  我觉得不能再这么平庸下去了!

裤装御寒不应该只有这么一种形态!


静止的空气的导热性很差  导热系数只有2.591×10^-2 W/mK (20℃)

我们熟知的羽绒被就是用了空气导热差的特点


但为什么我们平时处在空气中还是感到冷呢?

因为平时周围的空气是会流动的

尽管导热系数低  但空气的流动会带走大量的热量

所以  如果腿的周围是一圈静止的空气层  那就可以起到保暖的作用!仿佛穿着一件羽绒被!

 

为了实验  我偷偷找到了亚清刚买的阔腿裤

将裤脚绑紧  限制了裤管内空气的流动

腿的外层被不易流动的空气层包围  有效地防止了热量的流失!

如图所示  通过左右腿对照的控制变量实验




Amazing!

此时我的右腿非常寒冷

然而扎起来的左腿则像春天一般温暖!

科学的力量真是太神奇了! 


扎裤理论唯一要解决的问题就是  我必须要保证左腿周围的空气是静止的

这也很简单  只要走路的时候柱根拐  保持左腿打直不要动就好了


听完我的三条理论阐述  相信大家对如何抗寒都有了更深刻的理论高度的认识

但是毕竟曲高和寡  目前学术界还没有太多人认可我的观点

但我相信  天下秋裤  脱久必穿  穿久必脱

我的理论不失为清华供暖之前最科学最有干货的抗冻指南

实践出真知  真的希望大家可以试一试!



好了

亚清叫我去吃药了


来源:毕导(bxt_thu)获授权转载


新媒体运营编辑 王程海伦

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联系邮箱:finance_ifeng@163.com

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