为什么哈气暖而吹气凉

一个周末的早上，在美国工作的樊金突发奇想，在大学同学微信群里发问：“为何用嘴吹气的时候，说Ha时吹出的是热气，说Fu时吹出的是凉气？谁能告诉我为什么啊？”这个看似简单的问题却着实难倒了大家，有的说这是“体内气和体外气的区别”，有的说“哈气的时候气流速度慢，热散失少”，还有的说“控制嘴的开口大小和气体喷出速度，手的感觉就一样了”……

这是个很有趣的话题吧，可到底是怎么回事呢？请看哈尔滨工业大学物理系教授吕喆发表在《中国科学报》上的回答——

这种现象很常见，也容易试验。

我们先从发声时的口形来分析。在发出不同的元音时，口形是明显不同的。虽然发音的时候都要呼出一口气，但是在发出Ha等音时嘴唇是大大张开的，而在发出Fu等音时，嘴唇只张开比较小的幅度。这样一来，发出的声音不一样，而且即使从肺部呼出的空气量完全相同，空气从口腔呼出时的温度都和体温一样，到达手心时的冷热效果却也可以完全不同。

发a音时，口形横截面积是10平方厘米左右，这样带着体温的气体从嘴唇呼出时是一个流动速度比较慢但横截面积很大的暖气团。由于它的运动速度缓慢，雷诺数较低（该数越小意味着黏性力影响越显著），因此边缘区可能保持类似于层流的状态，气团与外部空气之间主要以气体热传导的方式换热，因此气团内部温度下降比较缓慢，所以在到达离嘴十几厘米的手心时仍保持较高的温度，所以这时会产生手心暖的感觉。

再说说比“哈气暖”更复杂的现象——吹气凉。

发出u音时，口形收缩得比较小（横截面积可能不足0.1平方厘米），从嘴里吹出来的气体虽然仍带着体温，但气流速度远高于哈气的速度。而且这个气团在空间上是一个狭长的气柱，气柱的表面积远大于哈气团。同时，由于吹气速度远大于哈气速度，吹出气柱的直径又远小于哈气团的直径，在黏度、密度及温度等气体参量基本保持不变的情况下，吹气的雷诺数将远大于哈气。因此，吹气将处于湍流状态，在气柱与周围环境空气接触界面处，不再仅以简单的空气传导方式发生热交换，而会不断有较冷空气混入气柱之中，使气柱的温度迅速下降，使得到达离嘴十几厘米远的手心时，温度基本降至环境温度。

但是，这仍不足以彻底解释“吹气凉”的现象。当人通过嘴唇向手掌心吹气时，流向掌心的其实并不只有从嘴吹出来的空气及与之完成混合的环境空气，应该还有由于气体黏滞效应而被高速流动的气流拖曳着流向手心的周围空气，这就造成了较大流量、较高速度的气流冲击手心后向周围散开，结果自然会带走手心更多的热量，因此会感觉手心更凉。

（选自《科学大众》2014年第11期）