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Erfahren Sie, wie Sie die relative Luftfeuchtigkeit in Ihrem CFD-Modell bestimmen können.
Relative Luftfeuchtigkeit verstehen
Atmosphärische Luft ist ein Gemisch aus trockener Luft und Wasserdampf. Beide zusammen haben einen Druck, der dem Dampfdruck entspricht. Die relative Luftfeuchtigkeit bezieht sich auf die Menge an Feuchtigkeit in der Luft im Vergleich zu der maximalen Menge an Feuchtigkeit, die die Luft bei einer bestimmten Temperatur aufnehmen kann. Sie wird normalerweise als Prozentsatz angegeben. Sie reicht von 0 (trockene Luft) bis 100 Prozent (gesättigte Luft). Der folgende Ausdruck zeigt die Beziehung zwischen dem Dampfdruck (Pv) und dem Sättigungsdruck (Psat), das ist der Partialdruck von Wasserdampf in gesättigter Luft,
Wobei f ist die relative Luftfeuchtigkeit. Der Sättigungsdruck ist in verschiedenen Quellen in der Literatur zu finden. Das Verständnis der relativen Luftfeuchtigkeit ist für verschiedene Anwendungen entscheidend, z.B. für die Wettervorhersage, HLK-Systeme (Komfort) und das Management der Luftqualität in Innenräumen. Bei kühleren Temperaturen hat die Luft beispielsweise eine geringere Fähigkeit, Feuchtigkeit zu speichern, so dass Wasser leichter kondensiert und sich aus der Luft löst.
Kalkulation
Das Hauptziel ist die Berechnung des Massenanteils von Wasserdampf, der für die Randbedingungen im CFD-Modell benötigt wird. Beachten Sie, dass es einen bestimmten Massenanteil für eine bestimmte Lufttemperatur und relative Luftfeuchtigkeit gibt. Letztendlich müssen diese Gleichungen in CFD-Post als Ausdrücke erstellt werden, wie im Video im folgenden Abschnitt erklärt wird. Bitte befolgen Sie diese Schritte:
- Ermitteln Sie den Sättigungsdruck. Es gibt zwar Tabellen in Büchern, aber in diesem Fall wird die Tetens-Gleichung für diesen Zweck verwendet (Monteith, J.L., und Unsworth, M.H. 2008. Principles of Environmental Physics. Third Ed. AP, Amsterdam). Der Druck wird in Pascals angegeben.
- Da die relative Luftfeuchtigkeit f ein bekannter Wert ist, wird die im vorherigen Abschnitt vorgestellte Gleichung zur Bestimmung des Dampfdrucks (oder Partialdrucks, Pp) verwendet. Als nächstes bestimmen Sie den absoluten Druck (Pabs) und berechnen Sie iterativ das Mischungsverhältnis (MR) anhand der folgenden Gleichung,
- Bestimmen Sie schließlich die Massenfraktion (MFw) des Wasserdampfes iterativ anhand der folgenden Gleichung,
Wie Sie Ihr CFD-Modell einrichten
Für diese Demonstration wird die Strömung von zwei Schornsteinen im stationären Zustand mit Ansys CFX modelliert. Es wird auch atmosphärische Luft einbezogen, die in die positive Richtung der Y-Achse strömt, wie in der Abbildung unten gezeigt. Sowohl für die Luft als auch für die Luft aus den Schornsteinen sind Geschwindigkeit, Temperatur und relative Luftfeuchtigkeit festgelegt. Das bedeutet, dass das Modell den Speziestransport behandelt.
Flüssigkeitsbereich und Stromlinien gefärbt nach relativer Luftfeuchtigkeit
Die Geometrie wurde in Ansys SpaceClaim erstellt, und das Netz wurde in Ansys Meshing unter Verwendung von tetraedrischen Elementen in Workbench erstellt. Die Ausmaße der Fluiddomäne wurden willkürlich gewählt und können entsprechend angepasst werden.
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