寻正

说实在的，把这三个泾渭分明的概念合在一篇文章讨论，无论是从专业角度，还是从大众科普的角度来讲，都是极为怪异的。然而，有了旅美学者挟专业之威的混淆，也就有了此文的写作基础。

羽流（Plume）的英文单词原意是指羽毛。

羽毛在文化上很重要，为什么呢？因为人类穿金戴银是相对很新的现象，在长长的人类历史上，大多数时候人类的装饰来自羽毛，因为在生产力低下的年代，捡起羽毛插头上身上装饰最便宜方便。人类用羽毛装饰自己的历史折射在中国的京剧、川剧、粤剧等古典戏剧中，这些传统剧一出场，满身的旌旗飘、枝柳摇，跟动物园里展示自己羽毛的鸟儿差不多。古典剧人家的身上插的这些花哨就来源于早期人类用羽毛装饰自己，京剧人物跟印地安人酋长没有太大区别，而京剧人物的唱腔与动作，也差不多源自己鸟儿在求偶时炫耀自己的羽毛：边唱边摇腿抖毛撅屁股。

图一、人类的羽毛情结

除了古典剧，人类想做鸟人的欲望还表现在文化的多个侧面，比如中国人成仙，那叫羽化登仙；快马加鞭不叫急，手持羽书不惜力；如果又碰到方舟子抄袭，我就似笑非笑地叹息，咋不爱惜自己的羽毛呢——尽管我明白，方舟子也清楚，他不长羽毛；中国人做图画书，表示皇帝的地位，总要在他后面画上两个侍卫，手持大羽扇——不需要扇风的冬天也不舍弃。

图二、羽毛之王权与超人象征（羽化）

有了羽毛，就有了羽流，这二者是怎么联系的呢？麻庭光这样描述：

“由于重力流非常不稳定，容易受干扰而破碎，成为湍流或紊流。破碎的气体流动在通过光线时发生散射现象，影影绰绰，好像片片羽毛在飞，故也称为羽流。”

这样的描述显得很术语化，却是大谬不然，因为麻庭光显然忽视了用羽毛类比羽流的关键，那就是二维化的羽流跟羽毛形态上的相似性。喷射出来的羽流就象一片羽毛，所以称为羽流，跟“片片羽毛”在飞的形象不相关。在英文中，Plume指的是一片羽毛，而多片羽毛，比如一只鸟儿全身之羽毛分布，或者京剧印地安人的羽人造型，合称为Plumage，合适的中文译法叫“羽批”。

图三、羽毛跟羽流的联系

懂了羽流跟羽毛之间的联系，你就明白了什么是羽流，以及什么不是羽流。一个羽流的标准定义是“一柱流体在另一种流体中移动”（a column of one fluid moving through another，见英文维基）。这个定义包含了羽流，然而也包含不适宜称为羽流的情况，比如我们撒尿，这尿流基本上就不算羽流，羽流的分析模型没有太大用处。

羽流有四个要素，一是含有动量的流体F1，二是不含动量的流体介质F2，三是F1跟F2在密度上差别不能太大，但同时二者还不能同质，以至于无法分清楚二者的边界，四是F1不受F2之外的阻扰——也就是说F1完全是在F2之中流动。

F1是液体，而F2 是空气，那么就有前述的尿流或者水枪射水，不会产生羽流现象，因为F2对F1的作用可以忽略不计，二者相互基本上不发生扩散。在水中吹气，阻力太大，也不会发生羽流现象。

图四、喷射的水柱不一定产生羽流现象

我们呼吸吹气时不发生羽流，因为尽管我们呼出来的气体跟空气有化学成份上的区别，从物理特性上说，没有太多差别，无法分清楚呼出气流跟其介质空气的边界，所以也无法形成羽流。羽流是成形的，尽管最终会消融于介质中，边界越来越模糊直至消失。如果我们吸烟，吐出来的烟气流就与空气不同质了，同介质空气之间就有了边界，就形成了羽流。

羽流在观察期间有一个动力源，也就是说喷射出来的流体柱F1需要有动量，如果这个动量消失了，羽流也就会很快消散解体。羽流的特点就是由于介质分子的阻扰，流体柱在向前流动过程中，会扩大，形成羽毛状或者扫帚状外观。羽流柱体径值的扩展在物理学上有不同的模型解释描述，对于普通读者来说，理解不易，也无必要了解那么深入。

现在我们回到麻庭光的诸多论及羽流的文字上：

“破碎的气体流动……也称为羽流”

“这样两种介质都存在的时候，就会有温度差，从而形成羽流”

“夏季发生的铁轨上方的影影绰绰，就是典型的羽流现象”

“路基和环境的物性不同而在高温下产生羽流”

“大部分污染源的和周围的介质不同密度，或者是因为密度本来不同，或者是因为温度差造成的密度差……密度差造成的流动与温度差造成的流动没有本质区别”

“喷淋头的探头部分不是完全靠近天花板，而是伸出一点，大约3～5厘米，就是为了避开由于天花板对羽流的冷却作用，尽可能早地动作以保护生命和财产”¹

麻文的描述足以让有中学物理基础的人感到困惑与反感。密度差与温度差不要说不产生羽流，连流动也未必产生。如果我们在装液体或者气体的容器上方加热，让其从上到下产生足够的温度差，会有流动吗？不会。同样地，在水瓶底部加入液体水银，会有流动吗？不会，尽管密度差极大。我们把液体水银投入水中，的确会流动，但你会看到水银直接下沉，不会有羽毛状的水银柱外观。江湖中水密度远高于空气，但不会向上流动产生羽流。

麻文试图描述的又是什么现象呢？那就是对流（Convection）。什么是对流？当你在流体底部加热时，由于流体热胀冷缩，受热膨胀的底部流体密度变轻，在重力的作用下，变轻的局部流体会向上流动，它被挤压向上后的空间为周围温度更低的流体替代，上升后的流体由于体积增大，温度又逐渐降低，在下层温度又升高超过它的时候，它就会又落下去。有升有降，所以称为对流。近地层空气约17公里称为对流层（Troposphere），因为对流是这一层空气的主要现象，也是我们经历气候天气变化的主要原因。

对流与羽流相比的特殊之处就在于有概念，没形象，同一流体受热流动，我们是看不到对流的。所以中学物理讲对流，老师只能给同学看示意图，而没有照片可见。对流是一个普遍现象，并不局限于炎热的夏天，当你行走在铁路公路上，你感受到的向上“气流”并非对流，大部分作用源于被晒热的地面向外发出热辐射，跟你水平接近高温物体的作用是一样的。

图五、对流只能看到示意图

对流的上升气流流速可以估计：0.65*（重力常数9.81*距离*温差/气温的绝对温度）的方根。我们假定距离为人身高所感受到的范围，设为2米，温差为30度，而气温为40度，那么计算得到的最高对流流速为0.89m/s，也就是说，在蒲福氏风级中算无风（1级），中国俗语说，无风不起浪，这个流速还达不到起浪的程度，所以也称算无风。用几乎极限性气温条件都不能产生风，更不要说产生高速气流形成羽流了²。但是，对流的存在，以及在阳光爆晒下增强则是无疑的。

麻庭光把羽流之所以称为羽流归结于湍流（Turbulent Flow），“片片羽毛在飞”。几乎把湍流本身当着了羽流。羽流、对流、湍流在科学上几乎是风、马、牛的关系。羽流是流体流动的一个特殊现象，对流是流体传递热量的一种特殊方式，而湍流则是流体流动的另一种特殊形态。在所有的流体流动过程中，其分布可能有两种形式，层流（Laminar Flow或者Streamlined Flow）或者湍流。羽流可以是层流，也可以是湍流，或者二者的混合。在羽流的扩张的末端往往湍流增多，层流逐渐全被湍流代替。

图六、香烟燃烧产生的羽流由层流变为湍流

湍流是最复杂的自然现象之一，有的学者干脆称之为最复杂的现象，连上帝都可能搞不懂——著名物理学家海森堡曾言，如果到了天堂，他会问上帝两个问题，一是相对论，二是湍流，他只期望在前者得到满足。湍流的一个形象理解就是河流中的旋涡，平稳的水流遇到障碍物，会在障碍物远端形成回旋。湍流的另外译法就是乱流，没有规则地流。

除开障碍引起湍流外，在物理学模型中，高雷诺系数易于产生湍流，对于普通读者来说，雷诺系数跟流速相关，流速越大，越容易产生湍流。这就跟前面计算的对流流速联系起来了，即使麻庭光描述的“羽流”存在，那也是一种极低速的空气流动，产生层流的可能性远高于产生湍流！

从不可能发生的湍流中看到“影影绰绰，好像片片羽毛在飞”，不是逻辑思考的问题，就是视力的问题。

注：

¹喷淋头的探头实际上靠近天花板，起码比喷头更靠近天花板，探头跟天花板没有关系，因为许多的烟雾探测器本身可以深入到天花板以上。喷淋头的探头不探测烟雾，而探测的是温度，有烟雾（羽流）并不见得就需要喷水。喷淋头的探头根据所要保护的环境而有不同的温度设置，麻庭光的这段描述表明他对实际的消防常识几乎一无所知，而他偏偏又爱摆消防专家的谱，在别人指出其错误时又以专家身份拒绝被指正，坚持错误，这是我为什么愿意花时间纠正其错误思想的原因，不能让谬种流传。

²在地球物理学上有对流羽流（Convection Plume)的说法，因为地球内部也同样存在对流，而对流形成了羽流现象，但这只能算作特例。这种羽流在模型上有羽流特征，又称为Mantle Plume，中文译为地幔柱，更少羽流的意味。

图七、地幔柱模型形象有类似羽流的地方

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