为什么移动的空气会感到冷？

我正在上热力学课程，并且有以下问题。我本打算直接问我的教授，但这似乎是一个愚蠢的问题，答案很简单，所以我想我会在这里碰碰运气，以免感到尴尬。

当空气流过管道时，其停滞焓不会改变。对于热量完美的气体，我们的焓随温度线性变化。

小时=cp

$$h_0 = \text{constant}= h + \frac12u^2$$ $$h = c_pT$$

让我们看看空气。空气在1000 J的恒定压力下具有比热。室温空气约为300 ķ。风速通常在15m以下$1000\ \mathrm{\frac{J}{kg\cdot K}}$$300 \text{ K}$。$15\ \mathrm{\frac{m}{s}}$

重写方程式，我们可以说：

1000

$$c_p T_0 = c_pT + \frac12u^2$$ 300000 $$1000\ \mathrm{\frac{J}{kg \cdot K}} \cdot 300 \text{ K} = 1000\ \mathrm{\frac{J}{kg \cdot K}} \cdot T + \frac12(15\ \mathrm{\frac{m}{s}})^2$$ Ť=299.9 $$300000 \frac{J}{kg} = 1000T\ \mathrm{\frac{J}{kg}} + 112.5\ \mathrm{\frac{J}{kg}}$$ $$T = 299.9 \text{ K}$$

因此，适中的风速根本不会改变温度。那么，为什么将外面移动的空气感觉比停滞的空气要冷得多？

有两个原因。首先，需要注意的是，温暖或凉爽的感觉仅与温度间接相关。皮肤中处理温度的受体主要对热传递和温度变化敏感，而不是绝对温度值。例如，以下是EB关于热接收的一篇有趣的摘录：

冷接收器对突然冷却的响应是放电频率的瞬时增加（称为动态响应），该频率与先前的温度以及温度下降的幅度和速率直接相关。如果维持较凉的温度，则放电频率会适应与该较凉的温度直接相关的静电放电频率。

因此，凉爽的感觉与热量从皮肤转移的速度有关。传热以三种模式发生：辐射，传导和对流。最后一点很重要，因为对流依赖于运动。没有运动，只有辐射和传导。空气是一种非常好的绝缘体，会使传导效率降低。而且在广泛的范围内都是透明的，这意味着没有明显的辐射热交换。而且您的皮肤上有许多细小的头发（根据人的不同，也许还有更大的头发），可以抵抗任何轻微的对流，例如气流或小干扰。

基本上，在没有对流（移动空气）的情况下，您的皮肤会局部加热周围的空气，而空气不会很快被凉爽的空气取代。随着温度的升高，它从皮肤传导的热量甚至更少（因为较小的温差是较弱的驱动力）。

但是在大多数情况下，最重要的因素可能是蒸发冷却的增加。正如皮肤周围的空气传导热量并被皮肤加热一样，它也会蒸发水分并变得更加潮湿。（即使您不出汗，您的皮肤也会始终在干燥的空气中损失一些水分。）就像空气变暖并接近体温时，热量的传递会减少一样，随着空气温度的升高，蒸发也会减少。身体周围的空气稍微潮湿一些。但是，当空气在移动时，它可以更有效地蒸发皮肤中的水分。您可以在更多背景知识中了解排汗的机理。

在这两种情况下，移动的空气都相对更像恒定能量的吸收器，因为当您的身体贡献热能和/或水分时，那些较高能量的分子会从与皮肤的界面移开，并被更凉爽，干燥的空气取代。从分析的角度来看，如果空气移动得足够快，则不必担心空气会随着时间的推移变热或变湿，因为它与皮肤交换热量和水分。

正如该评论所指出的，重要的是要认识到，虽然出汗是一种专门的冷却机制，但对流却同时起作用。如果周围的空气比皮肤暖和，微风会使它感觉更热。如果您对此主题真的很感兴趣，加州大学伯克利分校的建筑环境中心提供了一个整洁的热舒适性工具，您可以使用它，其中涉及到个人和环境变量的更多细节。

空气感到寒冷的确是您的皮肤因强制对流和汗水蒸发而冷却。
在没有空气流动的情况下，在皮肤上会形成较热空气的边界层，因此，由于温度差较小，热损失率降低。
空气在皮肤上流动会在以后破坏此边界，从而使未加热的空气与皮肤接触，从而增加了热量的流失率，从而使皮肤更加凉爽。蒸发是一种状态变化，需要皮肤提供潜热，从而使皮肤冷却更多。请参见风寒和“相反”效应热指数。

在静止空气中，主要的热传递机制是扩散和自然对流。如果物体的温度高于静止空气的温度，则热量将从物体流向空气。本质上，紧邻物体的空气将比仅空气本身具有更高的温度。

在移动的空气中，您还具有扩散以及自然对流和强制对流作为传热机制。强制对流的作用是消除物体周围的热空气（由于扩散），并且比其他机构更快地以空气的原始温度提供更多的空气。