晾衣服上下湿度不一样,能否求出一个衣服从上到下,湿度分布的函数
f(x)=上面的湿度+中间的湿度+下面的湿度【晾衣服上下湿度不一样,能否求出一个衣服从上到下,湿度分布的函数】
▲■应该是个数学物理方法里的输运方程或稳定场方程。
水分子在衣服里受到纤维的吸引力(毛细作用,水分子之间的吸引力,和重力。纤维上只能吸附有限的水分子,多余的水会凝结成团往下流,但流动的时候又受到衣服的阻力,所以流动速度比较慢且恒定。
如果没有蒸发,并且多余的水都流完的话,我觉得衣服上下湿度是一样的。
假设拧完后刚挂上去时衣服各处的水密度(湿度)是均匀的,为
;
是纤维吸附住不流的,
以恒定速度
朝下流动。t时刻后,距衣服顶端
以上的位置湿度为
,以下的湿度为
,这是一个分段的常值函数,
或
衣角处水会聚集,湿度远大于其它地方,要考虑水的表面张力等,水平不足,忽略。
下边引入蒸发作用,假设蒸发速率是个常数
,与湿度大小、水的存在方式无关,但总是先蒸发流动的水
,再蒸发结合态(?词穷,不知道怎么描述)的水
。则,
时刻,除衣角外的全部流动态的水蒸发完;
时刻,除衣角外整个衣服都干了。
总的湿度分布函数如下:
负数的值表示该处已经干了。从公式来看湿度是分段线性减小的。除了
和
处,其它位置的湿度变化都会出现突变。
■谢邀。
老本行了,认真回答一下。
@物理学渣同意楼上观点,这是一个热平衡相关的多相输运方程。
但我需要补充和严重纠正的是,除了考虑衣服的材质外,你更需要考虑外部环境的情况:空气来流速度,来流湿度,来流温度。后者才是影响衣物湿度的主要条件,而不能“如果没有蒸发”地将它忽略而主要考虑水在衣物上的受力。
热平衡问题,显然不是冷模。
原因是我们都知道,水在孔介质里的储存方式应分为两类:可通过机械作用除去的部分(即在外表面的液体,可理解为大液滴),和不可通过机械作用除去的部分(即在内表面的液体,液体微团)。前者明显可以利用楼上的模型处理,但后者常常占绝大多数,且显然就与环境有关。
所以在这里题主应该考虑简化模型。就例如您所说“如果拧干了衣物”,那么前者的受力部分就应该忽略。而只考虑后半部分的干燥过程,即认为衣物上湿度平均,确定环境常量,最终,湿度只与时间有关。也即湿度随时间的分布函数。
应该说这个模型已经比较接近现实。实际上,这个方程早就已经运用到如今的工业中。食品、医药、化工,都存在固体干燥过程——干燥室的面积,干气体流量,干燥时间等等,都是由该方程算得。如果题主感兴趣,可翻阅《化工原理(下册)》,里面有专门的一章节,对干燥的描述非常详细。
话锋一转
如果题主还不满意,想获得衣物沿纵轴的湿度分布。那么不仅需要只考虑受热和蒸发的模型,还需要考虑到水在衣物内表面的受力,也就是楼上所说的新模型,但绝没有那么麻烦。
要知道从单纯的受力分析出发,提出一个彻底的新模型是PhD甚至大佬才可能会做的事,而只想知道结果的工程人比较实际,往往喜欢运用已知、且大量运用的模型去近似实际模型。
首先应明确,由于只受重力,受力可简化到一维问题。其次,题主可以将衣物内表面看做是一种大孔的多孔介质模型,运用一维的多孔介质方程,这样一来液体在介质上的受力就可以封闭求解。最后,应注意到随着内表面水的挥发,水的运动会逐渐停止。对比整个漫长干燥时间,水的这么点运动时间就可以忽略到定值了。也就是说,在经过t时间后,衣物沿纵轴的湿度与时间无关。综上所述,题主可首先指定一个比较合理的运动时间,先导入多孔介质模型,获得整个表面的湿度沿纵轴的分布,再指定干燥时间,导入干燥模型,获得整个表面的湿度沿时间的分布。上述方程全部离散求解。最终结果可用数学工具拟合出函数表达式。所求函数表达式即为题主所求。话说的有点多,个人认为是比较科学的解决方式,如果是我的话,我就会这样处理这个问题。
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