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對汙物撒尿時汙物會不會隨尿液擴散至人體內?

2019-07-11知識

典型的擴散-對流系統,如果我們假定尿的速度基本不變,那麽方程式就是:

D\nabla^{2}c=\vec{u}\cdot\nabla c+\frac{\partial c}{\partial t}

考慮一維簡化,這個方程式就變成了:

\frac{1}{Pe}\frac{\partial^{2}c}{\partial x^2}=\frac{\partial c}{\partial x}+\frac{\partial c}{\partial t}

其中,Pe是peclet準數,表示的是對流和擴散強度的比值。

這個方程式配合上這樣的邊界條件:一端濃度恒定,另一端無窮遠處濃度為零。可以有解析解:

\frac{c}{c_0}=\frac{1}{2}\left( erfc\left( \frac{x-t}{2\sqrt{\frac{1}{Pe}t}} \right)+e^{Pe x}erfc\left( \frac{x-t}{2\sqrt{\frac{1}{Pe}t}} \right) \right)

請註意上面公式裏面的x、t都是無因次數。x=1代表的是尿柱的長度,t=1代表的是尿從剛剛出來都落地的時間。

我們可以計算,當Pe=0.01數量級的時候,擴散速度可以跟尿流速相當。也就是說,當你的尿液落地的時候,臟東西已經幾乎擴散到你的丁丁了。如圖:

這是t=0.1直到t=1各個時間的臟東西在尿液中的濃度分布。

但是,如果pe的數量級達到0.001以下,臟東西將永遠無法到達人的身體。

實際上呢?液體中Pe的數量級大約是10^-10。所以,不用擔心。