湿度とは、空気中に存在する水蒸気の量を表す言葉で、空気量に対する水蒸気の濃度で表されます。湿度は露、霧、降水現象の発生に関係します。SimScaleでは湿度のモデル化が可能です。
湿った空気(湿り空気/湿潤空気)は乾いた空気(乾き空気/乾燥空気)よりも軽いため、湿度は流動に影響を与える可能性があります。これは、解析領域全体で湿度の変動が予想される暖房、換気、空調（HVAC）システムにおいて最も重要です。
Relative Humidity(相対湿度)機能を有効にすると、SimScaleは湿度による空気密度の変化を、気流の拡散および伝導と一緒に計算します。湿度の発生源と吸収源も、流れの入口と出口の境界条件と共に定義されます。
湿度をモデル化するためのシミュレーション設定
Global Settings (グローバル設定)
湿度効果の計算は、Conjugate Heat Transfer v2.0 (共役熱伝達v2)シミュレーションのグローバル設定で有効にします。Relative Humidity(相対湿度)を有効にする前に、Compressibleトグルを有効にする必要があることに注意してください：
Model (モデル)
ModelパネルのTurbulent Schmidt number (乱流シュミット数)は、流体中の湿度の乱流輸送に対する運動量の乱流輸送の比率を計算するために使用されます。これは、比湿の輸送方程式のパラメータになります：
\[ \frac{\partial\rho\xi}{\partial t}+\nabla\cdot (\rho U \xi) = \nabla \cdot (\mu_{eff} \nabla \xi) + S_{\xi} \tag{1} \]
\[ \mu_{eff}=\mu_{lam}+\frac{\mu_{turb}}{Sc_t}\tag{2} \]
ここで：
- \(\rho\) は流体密度
- \(\xi\) は比湿度
- \(t\) は時間
- \(U\) は速度ベクトル
- \(\mu\) は動粘度、添え字は \(eff\): 有効粘度、\(lam\): 層流粘度、\(turb\): 乱流粘度を示す。
- \(Sc_{t}\) は乱流シュミット数
Boundary Conditions (境界条件)
湿度の情報を追加できる Boundary Conditions は、Velocity inlet 、Pressure inlet 、Pressure outlet です。ユーザーは指定された面の Relative Air Humidity (相対空気湿度)のパーセンテージを設定することができます。
関連分野
空気中に存在する湿度のレベルは、主に3つの形で測定されます：
- 相対湿度：大気中に存在する水蒸気の質量と、(ある温度で)大気が保持できる水蒸気の最大質量(飽和水蒸気量)の比です。これらの概念は、それぞれ水蒸気分圧と水の平衡蒸気圧として定量化されます。単位は無しか、パーセンテージで示されることもあります。この比率は次のように表すことができます：
\[ \phi=\frac{p_{H_2O}}{p_{sat}} \]
- 絶対湿度：ある体積の湿った空気(湿潤空気)中に存在する水蒸気の質量です。 単位は体積あたりの質量で、以下のように計算できます：
\[ AH=\frac{m_{H_2O}}{V_{mixture}} \]
- 比湿：含水率とも呼ばれ、ある質量の空気と水の混合物中に存在する水蒸気の質量を表します。質量あたりの質量を単位とし、\(g/kg\)または\(Kg/kg\)で表されます。以下のように計算できます：
\[ \xi = \frac{m_{H_2O}}{m_{H_2O}+ m_{air}} \]
これら3つの情報は、流れの中の湿度の影響を計算するために使用され、また、結果フィールドの一部としてポスト処理のために提供されます。
制限事項
現在、SimScaleの湿度モデル化では、凝縮と蒸発のプロセスがありません。
凝縮は相対湿度が100%に達したときに発生します。SimScaleでは相対湿度が100%に達しても、湿度レベルと温度への影響は考慮されません。ユーザーは結果の担保のため、どの時点でも相対湿度レベルが限界値である100％を超えないことを確認する必要があります。