“响屁不臭，臭屁不响”背后的流体力学原理

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今天，要说的是生活中常见的一种现象——“响屁不臭，臭屁不响”，下面一起从流体力学的角度来看这个有“味道”的现象。

图片来源：神奇的流体）

01、屁的组成

“屁”是由多种物质混合而成，氮气、氢气、二氧化碳、甲烷以及氧气总共占到99%以上，这些气体都是没有味道的。真正的臭味来源于占比不足1%的氨、硫化氢、粪臭素、挥发性胺、挥发性脂肪酸等，具有刺激性气味的物质，它们虽然量少但威力十足，其中硫化氢是使得屁变臭的罪魁祸首！

屁的成分，图这么大，真的是满满的味道啊...

（图片来源：神奇的流体）

02、原因分析

生理学对“响屁不臭，臭屁不响”的解释一般是：当肠道排泄物增多的时候，肠道并不通畅，气流会比较缓释，其含有的臭味元素也会增多（可理解为放臭屁的时候，多半是bianbian的时候了），所以也就通俗地认为响屁不会臭，臭屁不响。

本文从流体力学中的雷诺数角度来分析“响屁不臭，臭屁不响”，主要以小木虫科研网上的一个帖子[1为参考。雷诺数是流体流动中惯性力与粘性力比值的量度，其定义为：

式中，V 为流体流动速度（据科学测试，屁喷出的速度平均为14公里每小时）；D 为流场的几何特征尺寸（如肛门的直径）；ρ 为流体的密度；μ 为流体的粘度。在相同的速度，相同的肛门，相同的密度（由于硫化氢密度和空气相差无几，所以其含量多少对屁的整体密度影响不大）下，雷诺数的大小基本取决于μ，即流体的粘度。

管路内流体雷诺数变化规律：雷诺数小，流体各质点平行于管路内壁有规则流动，呈层流状态；雷诺数很大，流体会呈紊流状态。一般管道雷诺数Re<2300为层流状态，Re>4000为紊流状态，Re=2300～4000为过渡状态。

图（左）：层流状态，图（右）：紊流状态

（图片来源：神奇的流体）

由于屁里面总会混有硫化氢，它们大多来自黏液，当硫化氢的含量增加时，粘度μ 越大，又Re=ρVD/μ，所以随着硫化氢含量的增加（即屁的臭度增加），Re 会降低。也就是说，屁越臭，Re 会越小，气体越容易保持层流状态，此时气体运动是顺利的，有条不紊的。而屁越不臭，Re会越大，气体运动会由层流转化为紊流（也可说是湍流），此时气体内部运动不规则，容易产生冲撞，于是在屁、肛门和空气的共同作用下产生振动，发出不雅的声响。

03、如何掩盖放屁的尴尬

如果在公共场合放屁，那么掩盖尴尬的最好办法就是装无辜；如果失败，就用手指头指别人。

但是无论如何，你都无法掩盖屁的味道，因为一亿份空气中只要有一份臭气成分，人们就能闻出。

（图片摘自网络）

然而，如果想让放屁不响（即让雷诺数值变小），可以适当减小通气速度（相同气体量的情况下，扩大肛门直径可以有效降低气体速度，所以肛门横截面积增大会减小雷诺数Re）。

因此，在放屁时，保持心平气和的状态，慢放慢收会有效地降低噪音；而且站着或蹲着放屁比坐着放屁噪音要小，这就是为什么很多人坐着想放屁的时候会先把屁股的一侧翘起来再放，因为这样会暂时扩大肛门的直径，有效降低Re 数，降低噪音。

另外，或许是为了让坐后面的人少承受点伤害，自行车车座才有了这种设计吧。。。（瞎猜的，哈哈）

（图片摘自网络）

04、问题延伸

以上只是对“响屁不臭，臭屁不响”进行了定性的解释，至于屁的密度 (ρ ) 和粘度 (μ ) 非人力所能控制，此两项数值与人的食物状况和身体状况也息息相关。不过本文也带有局限性，当然也会出现 “又响又臭”和“不响不臭”的现象。

曾经，我跟我们实验室的几个小伙伴在去吃饭的路上，不知道什么原因谈起过一个问题：人体是如何区分屁和bianbian的？

查阅了下资料，发现直肠的神经稍可帮助区分这是个屁还是bianbian，但有些时候这些神经稍会被很稀的bianbian迷惑，不能分辨到底是屁还是bianbian......所以，会出现下面的尴尬场景（摘自网络剧《陈翔六点半》）

参考文献：
[1]  http://muchong.com/t-4913921-1

来源：神奇的流体微信公众号（ID：gh_456b2c853854），作者：宫华胜。

TestGuru

“…当硫化氢的含量增加时，粘度μ 越大，又Re=ρVD/μ，所以随着硫化氢含量的增加（即屁的臭度增加），Re 会降低。也就是说，屁越臭，Re 会越小，…”

这个解释不对，硫化氢的动力粘度μ和运动粘度（动力粘度/密度= μ/ρ）都比空气低，参考下表。因此雷诺数Re应该随硫化氢含量的增加而增加，而非减小。


当待释放气体已经在人体内部形成后，其成分、密度ρ和动力粘度μ已非人力所能控制的，能控制的只有排放初始速度Vo和排放口直径D。能嗅到的臭度跟排放物从排放口传播到同一地点的人鼻高度处的冲淡程度有关。由于环境气温通常低于人体的正常温度（37度），这时污染气体的密度是小于周围空气密度的，因此这个排放属于浮射流问题。当排放发初始速度很小的时候，则近似为浮羽流问题。定性分析可先考虑两种极限情况：

（1）初始排放速度极高，几乎瞬间排放，此时Re很大，在排放口即实现充分紊动，在初始阶段即可通过由动量带来的剧烈卷吸作用达到快速稀释的目的，在排放口上方的鼻子处，可实现很高的稀释比。在固定排放总量的情况下，加快排放速度，可大大降低可嗅到的臭度和持续时间。

（2）初始排放速度极低，此时Re很小，在排放口处为层流状态，主要靠浮力带来的少量卷吸作用以及分子缓慢扩散的方式来稀释，等到达排放口上方的鼻子处，稀释比远不如（1）。但是由于排放流量极小，最后可依靠缓慢的分子扩散来稀释以避免累积，可嗅到的臭度也很小。

这样看来，对于不快不慢的自然排放速度，可嗅到的臭度相对比较高。控制排放速度是门技术活儿啊！