出産前後の痔にはご注意!

初めまして
質問をお願いします^^

先日、バイクに乗ってた時雨が降って、服が濡れました
その後雨が止んだので、風で服が乾いていったのですが、その時疑問に思いました

「同じ距離を走るのであれば、どのくらいの速度が最も服が乾くのだろう?」

思うに、温度・湿度・風速・服の素材をパラメータとした、「乾きやすさの関数」が
工学の一分野にあると思ったのですが、わからなかったのでお聞きしました。
ご存知のかたぜひ教えて下さい。

あと、ぜひ次の実験についても教えてください
 ・湿度80%
 ・温度28度
 ・服 Tシャツ
 ・距離5km
の場合、
 ・40km/h~100km/h
の速度が任意に出せるとすると、何km/hの時、最も服が乾くものでしょうか?

A 回答 (3件)

「乾きやすさの関数」



蒸発速度となります。

http://chemeng.in.coocan.jp/ice/pche10.html

水の蒸発速度は、空気境膜の厚みの変動によって変わります。

0.5 → 5.0(時速18キロ) で 3 → 1 なので
速度が10倍になっても、蒸発速度は3倍にしかならないようです。

速度が早いほど乾きやすいのは、蒸発速度が速度に対して正の関係になるので簡単に推測できます。

時速40から100キロメートルでの空気境膜の実験データは化学工学便覧とかに載っているかなぁ、とは思います。
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この回答へのお礼

ありがとうございます!
URL、すごく参考になりました^^

温度がかなり重要そうなので、速度よりも、エンジンに体を寄せた方が
乾きそうな感じですね!

思えば、ドライヤーとかでも、
風量は変わらないのに、温度を変えると乾く速度が全く変わります!

速度と時間だけの関係に絞ると、できるだけゆっくり行った方が乾きそうですね^^;
ありがとうございました!

お礼日時:2013/08/30 20:23

ご指定の条件の場合、空気の流速が速いほど乾燥は早くなります。


ただし計算してみるなら、表面は乾いても…って事になりかねないので、Tシャツ内部で水分が移動する速さを実験で求めないとだめでしょうね。

真面目に検討するならキーワードは
『減率乾燥 空気境膜』
あたりで検索を。
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この回答へのお礼

回答有難うございます!

速度が早いほど、早く乾きますけど、目的地にも早く着いちゃう・・・
でも無限にゆっくり行ってたら目的地に着かない^^;

乾かしながら走ろうと思ったら、どうしたらいいのかなぁと思って、こんなことを考えました^^

お礼日時:2013/08/30 20:17

これだけでは分からないと思います。



1)Tシャツの温度は一定か?それともこれも算出するのか?体温も28度とするのか?

2)Tシャツに含まれる水の量はいかほどか?これは水の熱容量に関係するので、外せません。

3)Tシャツなのであまり重要ではないのですが、Tシャツの熱容量はいくらか?水に比して無視しても構わないという与件もアリです。

4)計算する時、「乾いて仕舞った」という状態が起きる可能性がありますが、それはどんな状態なのか定義する必要はあります。もちろん濡れたままである可能性も大きいでしょう。

5)水が蒸発するのでTシャツの温度が下がりますが、それを無視するのか、28度のままとするのか、人体から熱が供給されるのか。1)だけでは不完全なことに気づいたので、追加しました。
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この回答へのお礼

ありがとうございます^^

考える要素が膨大にあるので、質問が適当になってしまい申し訳ありませんでした!

お礼日時:2013/08/30 20:16

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Q水の蒸発速度について

熱平衡、T℃、大気との接触面積A、の条件下でビーカーに入っている
体積Vの水の蒸発速度を求めるにはどうしたら良いのでしょうか?
或いは水の残りの量によって蒸発速度は異なるのでしょうか?
このための式などがありましたら教えて下さい。

Aベストアンサー

水の近傍では空気は対流がなく、水蒸気は拡散だけで移動します。温度は一様とします。この薄い層での水蒸気分圧eは表面からの距離だけに依存し、水蒸気密度ρの分布も同様となります。
ここで水の表面に垂直にx軸をとりますと、x軸に垂直な平面dFをdt時間に通過する水蒸気の質量dmはFickの拡散法則により、
dm=D(dρ/dx)dFdt...(1)
となります。こうした条件でならFickの式が蒸発速度を決めるのです。水の体積や残りの量には依存しません。ここでDは拡散係数で温度と空気の圧力に依存します。空気中の水蒸気分圧eは、
e/ρ=RT/18...(2)
となります。但し水の分子量を18でいれているので、ρはg/ccの単位です。
(2)から
dρ/dx=(18/RT)(de/dx)...(3)
ですから(1)は
dm=D(18/RT)(de/dx)dFdt...(4)
となります。
蒸発が定常的としたので、このdmがまさに水の表面dFの部分からdtの間に蒸発する水の質量に等しくなります。蒸発速度をVとすれば、V=dm/(dFdt)ですから、
V=D(18/RT)(de/dx)...(5)
となります。Dについては
D=0.241(T/288)^(1.75) (760/P) cm^2/s (Pは空気圧をmmHgで測定)
だそうです。(これも古いデータです。)ちなみに水の上の薄層の厚さは無風で12 mm程度、3 m/sの風で4-5 mmだそうです。
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水の近傍では空気は対流がなく、水蒸気は拡散だけで移動します。温度は一様とします。この薄い層での水蒸気分圧eは表面からの距離だけに依存し、水蒸気密度ρの分布も同様となります。
ここで水の表面に垂直にx軸をとりますと、x軸に垂直な平面dFをdt時間に通過する水蒸気の質量dmはFickの拡散法則により、
dm=D(dρ/dx)dFdt...(1)
となります。こうした条件でならFickの式が蒸発速度を決めるのです。水の体積や残りの量には依存しません。ここでDは拡散係数で温度と空気の圧力に依存します。空気中の水蒸気分圧e...続きを読む

Q境膜について

温度境膜について、
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 流体の壁面に極近い部分で、熱伝達が遅い箇所です。
 壁では金属の熱伝導が有って結構速く、液体部分では対流で伝達しますが、壁面の極近い所では液体が動かないので液体の熱伝導しか無く、従って熱の伝わり方が遅いのです。 つまり、液体部分の熱伝達抵抗部分を境膜と言います。
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 境膜はレイノルズ数で結構変化します。特に層流と乱流では大きく変ります。

Q水の蒸発速度の計算式

プールの水の蒸発量を計算しなければならなくなりました。気温 水の温度・湿度・風速も関係あると思いますが、どなたか、計算式をお教えください。よろしくお願いします。

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学校の課題か何かでしょうか?
私なりの考え方を書いてみます。
まずプールの大きさですが、長さ25m×幅15mとするとで太陽光を受ける面積は375m2。
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一日に蒸発する水量は、
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条件設定はいろいろあると思いますが、参考になれば幸いです。

Q洗濯物が乾く原理

洗い物を乾かすとき、風のある時と無い時では乾く速度がまったく違いますよね。
これはなぜですか。

Aベストアンサー

 無風だと乾きにくいのは、主に二つの理由があります。

 まず、洗い物周辺の湿度です。全く風がないとすると、洗い物から蒸発した水蒸気が洗い物を包み込むような状態のままになります。そして、洗い物から水蒸気が出続けて、湿度は100%になります。この状態に達すると乾きようがありません。

 湿度100%の空気というのは、それ以上水蒸気を含むことができないという湿度です。水蒸気が飽和している、と表現したりもします。雨の日に軒下に洗い物を干しても、重力で水が下に移動して垂れる水分を除けば、洗い物は乾きません。雨粒や濡れた地面からの水蒸気で飽和してしまい、洗い物から水蒸気が出ていけないからです。

 もう一つは補助的な要因になりますが、液体の水が気体の水蒸気になる、つまり蒸発するとき、気化熱を奪うために温度が下がることがあります。洗い物周辺の空気は、洗い物の水分が蒸発するときに奪う熱で、洗い物と周辺の気温が下がります。暑い夏に打ち水をすると、少し涼しくなるのと同じです。気温が低いほど、蒸発は起こりにくくなりますから、乾きにくさを増す結果になります。

 しかし、洗い物から少し離れたところの湿度が100%より低ければ、洗い物すぐ近くで100%であっても、だんだん混ざるため、洗い物すぐ近くの湿度は下がって行きます。気温についてもそうです(気温は空気分子の速度であるため)。これは、濃度などに偏りがあると、だんだん均一になっていくという現象です(熱力学の原理の一つ)。

 気温については、さらに対流という現象があります。冷たい空気は暖かい空気より密度が高いため、洗い物のすぐ近くだけ気温が下がると、その空気は下に流れ、上からそれより暖かい空気が入ってきます。その暖かい空気は洗い物から離れた場所にあった空気ですから、湿度は低い空気です。

 その二つの効果で、無風であっても洗濯物はゆっくり乾いて行きます。しかし、風があると状況は一変します。洗い物周辺の気温が下がり、水蒸気で飽和した空気は、風でどんどん押し流されていきます。

 洗い物は、無風のときと比べると、より暖かく、より乾いた空気と常に接することになります。すると、洗い物は無風のときより水分の蒸発が激しく起こります。ですので、風があると洗い物は乾くのが早くなるのです。

 無風だと乾きにくいのは、主に二つの理由があります。

 まず、洗い物周辺の湿度です。全く風がないとすると、洗い物から蒸発した水蒸気が洗い物を包み込むような状態のままになります。そして、洗い物から水蒸気が出続けて、湿度は100%になります。この状態に達すると乾きようがありません。

 湿度100%の空気というのは、それ以上水蒸気を含むことができないという湿度です。水蒸気が飽和している、と表現したりもします。雨の日に軒下に洗い物を干しても、重力で水が下に移動して垂れる水分を除けば、洗...続きを読む

Q濡れた物の乾きやすさ

 やっぱり湿度が低い方が乾きやすいのはわかります。
 では同じ湿度なら気温が高い方が乾きやすいと
単純に考えて良いでしょうか?
 
 (1)相対湿度 50%で気温20度と
 (2)相対湿度 50%で気温30度なら
 (2)の方が乾きやすいと思ってよいでしょうか?

また50%、20度の乾きやすさと同じ乾きやすさの
湿度と気温の組み合わせはどのように求めたらよいでしょうか?
 

Aベストアンサー

この質問の答えは、「ペンマン-モンティースの式」を考えればわかりやすいです。この「ペンマン-モンティースの式」は気象データから「基準蒸発量」を求める式です。基準蒸発量というとわかりにくいので、ちょっと言葉を換えて「最大可能蒸発量」すなわち「乾きやすさ」のことだと思えばいいです。

さて、この式ですが、空気密度とか表面抵抗とかいろいろややこしいものも混ざってるんですが、すごく大雑把に言うと:

(1)日射量が増えれば蒸発(乾きやすさ)が増える
(2)風速が増えれば蒸発(乾きやすさ)が増える
(3)「飽和水蒸気圧と実際の水蒸気圧の差」が増えれば蒸発(乾きやすさ)が増える

という式です。
日射量が増えれば蒸発に使うことができるエネルギーが増えます。
風が強いと濡れた物の近くの湿った空気がどんどん新しい空気と交換されるので蒸発しやすくなります。
「飽和水蒸気圧と実際の水蒸気圧の差」というのは、空気が後どれだけ水蒸気を持てるのかをあらわしています。

気温に関しては書きませんでしたが、同じ実水蒸気圧の元では気温が上がると飽和水上気圧が上がって「飽和水蒸気圧と実際の水蒸気圧の差」が飛躍的に増えるので、気温が上がれば乾きやすさは上がります。

そこで質問に対する答えを1つずつ書くと:

>やっぱり湿度が低い方が乾きやすいのはわかります。
風や日射エネルギーなどのほかの要素も考える必要がありますが、湿度についてのみ言うとそうですね。

>では同じ湿度なら気温が高い方が乾きやすいと単純に考えて良いでしょうか?
「湿度」というのが相対湿度を指しているのか絶対湿度なのかわかりませんが、どっちの場合でもその通りです。風や日射エネルギーなどのほかの要素も考える必要はあります。

> (1)相対湿度 50%で気温20度と
> (2)相対湿度 50%で気温30度なら
> (2)の方が乾きやすいと思ってよいでしょうか?
そうです。

> また50%、20度の乾きやすさと同じ乾きやすさの湿度と気温の組み合わせはどのように求めたらよいでしょうか?
例えば上に挙げたペンマン-モンティースの式を使って計算することができます。風速や日射などその他の条件を一緒とすると、

(es-ea)/(Ta+273)
ここでesとeaは飽和水蒸気圧と実際の水蒸気圧(kPa)、Taは気温(℃)

この(es-ea)/(Ta+273)が同じになる組み合わせが、乾きやすさが同じになる組み合わせと考えることができます。Taが分母にきていますが、実際に気温が上がればesも上がるので、(es-ea)/(Ta+273)全体の値は大きくなると思います。
これ以上の興味があれば、自分で気温から飽和水上気圧を求める式や相対湿度を水蒸気圧に変換する式なんかを調べて計算してみてください。

最後に
> 私がわずかに引っかかっているところは
> 気温が違う状態で、相対湿度が同じ条件は絶対湿度
> に換算しなおすと気温が高い方が(絶対)湿度は高いはずです。

気温が高いほうが絶対湿度は高いんだけど、飽和水蒸気圧もそれ以上に高くなるんです。だから「飽和水蒸気圧と実際の水蒸気圧の差」が大きくなるので乾きやすくなります。この差が、空気があとどれだけ水蒸気を持てるかを表しています。
相対湿度が100%の場合は、すなわち「飽和水蒸気圧と実際の水蒸気圧の差」がゼロの場合は、気温をどれだけ上げても下げても乾きませんね。

後、すでに書きましたが、温度と湿度以外に日射(や夜間に大気や地面から来るエネルギー)、風速なんかも乾きやすさの大きな要素です。

この質問の答えは、「ペンマン-モンティースの式」を考えればわかりやすいです。この「ペンマン-モンティースの式」は気象データから「基準蒸発量」を求める式です。基準蒸発量というとわかりにくいので、ちょっと言葉を換えて「最大可能蒸発量」すなわち「乾きやすさ」のことだと思えばいいです。

さて、この式ですが、空気密度とか表面抵抗とかいろいろややこしいものも混ざってるんですが、すごく大雑把に言うと:

(1)日射量が増えれば蒸発(乾きやすさ)が増える
(2)風速が増えれば蒸発(乾き...続きを読む

Q熱交換の基礎式を教えてください。

熱交換器における基礎式を教えてください。
蒸気と水での熱交換を行う際に、入口温度と出口温度の関係、
それに流速等も計算のデータとして必要なんだと思うんですが、
どういう計算で熱量、流速を決めればいいのか熱力学の知識がないので
分かりません。
いろんな書籍を買って勉強していますが、難しくて分かりません。
それに独学ですので、聞ける人がいなくて困っています。
どなたか、簡単に熱交換の基礎式などを教えてください。

Aベストアンサー

 伝熱の計算は非常に難しいのですが、「難しい」と言っているだけでは先に進みませんので、そのさわりを。
 基本式は、Q=UAΔtです。
 Q:交換される熱量
 A:伝熱面積
Δt:伝熱面内外の温度差
  (冷却水入出の差ではない)

 ここで曲者は、U(総括伝熱係数とか熱貫流係数とか呼ばれるもの)です。
 Uの内部構造は、1/U=1/h1+1/hs1+L/kav.+1/hs2+1/h2と表現され、hを見積もる事が大変難しいのです。
 h:伝熱面の境膜伝熱係数、内外2種類有る。
 hs:伝熱面の汚れ係数、内外2種類有る。
 L:伝熱面厚み
 kav:伝熱面の熱伝導率の異種温度の平均、熱伝面内外で温度が異なり、温度によって変化する熱伝導率を平均して用いる。
 hは、流体の種類や流れる速さ(主な指標はレイノルズ数)によって変化します。
 hsは、どの程度見積もるか、、、設備が新品ならZeroとしても良いのですが、使い込むとだんだん増加します。
 更には、Aも円管で厚みが有る場合は、内外を平均したり、Δtも入り口と出口の各温度差を対数平均するとか、色々工夫すべきところがあります。

>冷却管はステンレス製(SUS304)です。
 →熱伝導度の値が必要です。
>冷却管の中の水の温度は入口が32℃で出口が37℃です。>流量は200t/Hr程度流れております。
 →冷却水が受け取る熱量は、200t/Hr×水の比熱×(37-32)になります。この熱量が被冷却流体から奪われる熱量です。=Q
>冷却管の外径はφ34で長さが4mのものが60本
>冷却管の外径での総面積は25.6m2あります。
 →冷却管の壁厚みの数値が計算に必要です。
 伝熱面積も外側と内側を平均するか、小さい値の内側の面積を用いるべきです。

 まあしかし、現場的な検討としては#1の方もおっしゃっているように、各種条件で運転した時のU値を算出しておけば、能力を推し測る事が出来ると思います。
 更には、熱交換機を設備改造せずに能力余裕を持たせるには、冷却水の温度を下げるか、流量を増やすか、くらいしか無いのではないでしょうか。

 伝熱の計算は非常に難しいのですが、「難しい」と言っているだけでは先に進みませんので、そのさわりを。
 基本式は、Q=UAΔtです。
 Q:交換される熱量
 A:伝熱面積
Δt:伝熱面内外の温度差
  (冷却水入出の差ではない)

 ここで曲者は、U(総括伝熱係数とか熱貫流係数とか呼ばれるもの)です。
 Uの内部構造は、1/U=1/h1+1/hs1+L/kav.+1/hs2+1/h2と表現され、hを見積もる事が大変難しいのです。
 h:伝熱面の境膜伝熱係数、内外2種類有る。
 hs:伝熱面の汚れ係数、内外2...続きを読む

Q水の蒸発量

室内プールの水が12月から2月までの間に減っていました。
水槽に亀裂があると思っているのですが、冬場だから蒸発したのではないかという人も居ます。
外気は乾燥していると思うのですが、建屋内は窓が少し空いているくらいで空気の流れはほとんどありません。
水面積は1000m2、室温は10℃前後か、湿度は測っていません。
このような状況で水はどのくらい蒸発するものでしょうか?
何か式があるのでしょうか。
教えてください。
お願いします。

Aベストアンサー

lycaonです。
SI単位系に揃えて計算し直した結果図(10℃、風速 0.1m/s)とVBプログラムを掲げます。
前回は飽和濃度の単位換算を間違えていました。(蒸発量が約3倍に増加)

水面長 10m、室温・水温とも10℃、風速(a) 0.1m/s、(b) 1.0m/s なら、
相対湿度 =   0、 20、 40、 60、 80、 100 % の順に
蒸発量(a)= 5.78、4.63、3.47、2.32、1.16、 0.0 g/m2/hr
蒸発量(b)= 18.3、14.6、10.98、7.32、3.66、 0.0 g/m2/hr

10℃、湿度60%、風速0.1m/sで24時間に水面1m2から 2.32*24=55.7g の水が蒸発。
55.7g/m2/Dayは、0.056mm/Day にしかならず、少ない気もします。
式からは水面無風と相対湿度100%では、物質移動速度がゼロとなりますが、実際は完全無風でも分子拡散は起き得ます。

なお洗濯物の室内干しはなかなか乾かず、ベランダならすぐ乾きます。
冬場に室内出窓のコップの水はよく減る印象ですが、一晩に10mm減は勘違い。(測っていませんが、そんなに多くはないようです。)
逆に庭の水槽は吹き晒しで曝気していても、1ヶ月間殆ど水が減らない・・・減ってるのかな?
印象は当てにならず、実測にしかず、です。
(それでも計算するのは、毎回何がしか発見し、楽しいから。)

九州大梶原研の「物質移動工学」例題6.2-2↓で20℃空気への水の分子(一方)拡散の結果が 1.595*10^-7kmol/m2s= 10.3g/m2h なので、本題は強制対流ですが微風ゆえ、オーダー的には合っているかな、と。
(梶原研究室とコード中URLの ahaveanicedayさんに感謝。)

下のコードは Visual Basic がない場合、Excel VBAでも動きます。(http://okwave.jp/qa4779221.html のlycaon回答 No.7、或いは http://okwave.jp/qa4867277.htmlのinara1さん回答 No.2 等に VBA使用方法があります。)
デスクトップにvap.csv というファイルを作り結果を書き込みますから、Excelで開いて下さい。

先の図は枠に収まる大きさ(420*314pix)に調整しましたが、アップロード時に失敗したようです。右クリックしコピーしてペイント系アプリに落せば元の図が出ますので、今回も失敗したらそう願います。(削除はできても差換えはできないので。)
☆★☆★☆★☆

Option Explicit
Dim Na(100, 100)
Dim T, Ptotal, D, u, R, n, M, ρ, μ, L, Re, Sc, Sh, i, j, pH2O, C1, C2, Φ

'--------------------------------
Private Sub Command1_Click()
Open "c:\Documents and Settings\Administrator\デスクトップ\vap.csv" For Output As #1
Print #1, "■水の蒸発量,(kg/m2/h)"
R = 8.314 'J/mol/K=Pa・m3/mol/K
Ptotal = 101.3 * 10 ^ 3 'Pa (=1気圧)
n = 1 'mol
M = 29 / 1000 'kg/mol
u = 0.1 'm/s
L = 10 'm
Print #1, "全圧,(kPa)," & Ptotal / 1000 & ",,," & Date & "," & Time
Print #1, "代表長さ,(m)," & L
Print #1, "風速,(m/s)," & u
Print #1, ""
Print #1, "温度(℃)↓"
Print #1, "相対湿度(%)→" & ",";
For Φ = 0 To 1.01 Step 0.2
Print #1, 100 * Φ & ",";
Next
Print #1, "pH2O(Pa),CH2O(kg/m3),D(m2/s),ρ(kg/m3),μ(kg/m/s),Re,Sc,Sh"
'--------------
For T = -10 To 100 Step 2
i = i + 1
pH2O = 10 ^ (7.7423 - 1554.16 / (T + 219)) '35~55℃、mmHg,T℃「化工便3版」
pH2O = pH2O * 101.3 * 10 ^ 3 / 760 'Pa
'pH2O = 10 ^ (7.0641 - 1650.4/ (T + 226.27)) 'kPa,適用不明「新体系単位操作」オーム社p8
D = 0.241 * 10 ^ -4 * ((T + 273) / 288) ^ (1.75) * 101.3 * 10 ^ 3 / Ptotal ' m^2/s
'http://detail.chiebukuro.yahoo.co.jp/qa/question_detail/q1324414728 から換算
ρ = Ptotal * M / n / R / (T + 273) 'kg/m3
μ = (16.73 * (T + 273) ^ 0.5 - 105.56) * 10 ^ -7 'Pa・s=kg/m/s「化工便」表から回帰
C1 = pH2O * 18 / 1000 / R / (T + 273) '水面の飽和水蒸気濃度(kg/m3)
Re = ρ * u * L / μ
Sc = μ / D / ρ '0.6(25℃)
Sh = 0.332 * Re ^ 0.5 * Sc ^ 0.333
j = 0
Print #1, T & ",";
For Φ = 0 To 1.01 Step 0.2
j = j + 1
C2 = Φ * C1
Na(i, j) = 3600 * Sh * D * (C1 - C2) / L 'kg/m2h
Print #1, Round(Na(i, j), 6) & ",";
Next
Print #1, Round(pH2O, 0) & "," & Round(C1, 5) & "," & Round(D, 7) & "," & Round(ρ, 4) & _
"," & Round(μ, 7) & "," & Round(Re, 0) & "," & Round(Sc, 4) & "," & Round(Sh, 2)
Next
MsgBox ("終了")
End
End Sub

参考URL:http://www-lab6.chem-eng.kyushu-u.ac.jp/lab6HP/lecture/bussitsuido/bussitsuido(2).ppt

lycaonです。
SI単位系に揃えて計算し直した結果図(10℃、風速 0.1m/s)とVBプログラムを掲げます。
前回は飽和濃度の単位換算を間違えていました。(蒸発量が約3倍に増加)

水面長 10m、室温・水温とも10℃、風速(a) 0.1m/s、(b) 1.0m/s なら、
相対湿度 =   0、 20、 40、 60、 80、 100 % の順に
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蒸発量(b)= 18.3、14.6、10.98、7.32、3.66、 0.0 g/m2/hr

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