流體力學告訴你,火車會吸人嗎?會吸火車嗎?
相向行駛的兩列高鐵,是會互相吸引還是排斥。我小時候聽過一個類似的說法,在站臺等火車時,不能靠火車太近,否則可能會被火車吸進去。
這個說法可不可信呢,以及兩列火車之間到底是引力還是斥力呢?咱們就來一探究竟。
以高速行駛的火車為參照物,空氣流過,正前方氣流沖擊,壓強變大,火車頭部形成一個向外減弱的高壓區。而后區域,情況與飛機機翼類似,空氣流過曲面后,流道壓縮,根據質量守恒,截面變小,流速變大。根據伯努力原理,流速變大,壓強變小。所以當車經過人,人先在高壓場中感受到斥力,而后在低壓場中感受到引力。
然后咱們再看兩輛火車錯車時,首先車頭相遇時,還是剛剛分析的頭部高壓區斥力。
而后兩車異向平行移動,可以把其中一輛車近似理解為一堵移動的墻,這部分空氣的流道會被壓縮得更窄,質量守恒,流速就要更大,壓強就更小,整列火車就受到了另一輛車的引力。
其實不管是兩輛火車相向錯車,還是同向追趕,以一輛火車為參照物,都是另一輛火車在運動,只是速度不同而已,受力情況都是車頭接近時斥力,而后引力。
為了更直觀地看到力的方向是不是和分析的一樣。用AICFD仿真計算了一下,兩車相向行駛,一輛車簡化為移動壁面,給壁面一個2倍空氣流速的速度,就相當于兩車相向而行。計算后的壓力場,確實車頭前是高壓區,向后進入低壓區,而輛車之間由于流道更窄,要比另外一側壓力更低。無論是人站在這個壓力場中,還是車與車之間都是先排斥后吸引。
理論加仿真,你GET了嗎?接下來咱們做實驗試試。
為了不擾亂社會公共秩序,我就不去火車站站在高鐵邊兒做真人實驗了。那就泡沫平替吧!為了顯得不那么糙,稍微畫幾個窗戶。接下來難題來了,怎么模擬高鐵快速運動呢?如果速度不快,力很微弱,看不出效果。
剛剛的理論和仿真,咱們分析了兩車相向和同向行駛受力方向是一致的,都是先斥后引。
那么可以先做個同向并行的實驗,這樣就可以用吹風來代替車的行駛了。
測了風速,20米每秒,當兩車并行時,引力很明顯。
然而只做了并行引力的實驗,有點兒不甘心,怎么辦呢?之所以需要高速,就是因為在空氣中,空氣密度和粘性太小。那么如果在水中呢?流體粘性大了,對速度要求自然就低了。搞了個浴缸,本來先到樓下那個天然池塘試了下,但風太大了,實驗沒法做,用這個浴缸試試。
今天的仿真受限于計算時間、計算機性能,以及建模水平,用的是縮小后的簡化模型,也就畫得比較小比較糙。實驗當然也沒有用真的火車,否則可能會被警察抓走,這些簡化后的模型定性地說明力的方向是沒有問題的,但是定量的數據,就是引力和斥力到底是多少牛,能不能把人吹飛,或能不能把人吸進去,還給不出結果。
不過看到個科普視頻流言終結者的真車實驗,頭部斥力很大,會把人吹倒,但如果你定力足夠強,沒倒下,接下來的引力會不會把你吸進去呢,那個節目的真車實驗后續也沒有做。但我不成熟的想法是沒那么大力,吸不進去,但也沒有實驗證明,不敢斷言,勸你也千萬不要做真人實驗。今天研究的現象,在大千世界還有什么應用呢。
比較典型的是航海領域“船吸效應”,兩艘船在水中行駛時,靠太近會被吸到一起,1912年,泰坦尼克號姐妹船,當時世界最大船舶“奧林匹克”號航行時,距它100米處并行的英國海軍霍克號巡洋艦突然失控了一樣沖過去把奧林匹克號撞個大洞,釀成了嚴重的海難事故。
航海領域還有個“岸壁效應”,指的是行駛的船如果靠岸太近,會出現船首被岸推離而后部被吸引的現象,造成船身旋轉。前兩年,2021年,超級貨柜船“長賜輪”在通過蘇伊士運河時,船身就橫在了這條國際航運大動脈上,造成了蘇伊士運河的世紀大堵塞。
事后分析主流觀點就是岸壁效應所致。
另外,在高速公路上,中間的隔離帶比兩側的寬很多,有的會種些花花草草,防止事故時影響對向交通、環節眼睛疲勞等因素外,從空氣動力學的角度看,客觀上減小了相向而行兩輛車周圍流場對彼此的干擾。
工程師必備
- 項目客服
- 培訓客服
- 平臺客服
TOP




















