Метод характеристических величин в строительной теплотехнике.
Мачинский В.Д.
1950 г.
Настоящая монография является пособием для проектировщиков-строителей при проектировании ими бесчердачных покрытий и стен мокрых помещений, где необходима проверка влажностного режима этих ограждений.
Устанавливается возможность применения метода характеристических величин для приближенного расчета процессов размораживания почвы при зимних работах.
ПРЕДИСЛОВИЕ КО ВТОРОМУ ИЗДАНИЮ
Второе издание настоящей монографии включает новую главу, излагающую метод непосредственного расчета процессов увлажнения конструкций путем па-ропроницания вместо более трудоемкого метода последовательного увлажнения.
Цель этой главы — показать, что даже простейший метод становится сложным и ненадежным, когда условия приближаются к реальным, обычно имеющим место в ограждениях.
Кроме того, в этом издании учтены и приложены новые данные (ЦНИПС) по коэфициентам паропроницания строительных материалов, приведены и использованы некоторые новые натурные наблюдения для установления предельных величин критериев, уточнен один из факторов, входящих в критерий (фактор tj, ii в связи со всем этим откорректированы расчетные формулы.
По существу метода пока нет ни одного наблюдения, противоречащего установленной закономерности и трактовке рассматриваемых в брошюре вопросов. Поэтому в настоящее время ничто не мешает, по мнению штора, принять предложенный метод в качестве приближенной проверки бесчердачных покрытии и стен мокрых помещений в отношении их влажностного режима.
ВВЕДЕНИЕ
Если какой-либо физический процесс зависит одновременно от многих переменных факторов, то обычно невозможно составить формулу или уравнение, дающее 1акое общее решение вопроса, чтобы можно было, поставив в это уравнение вместо букв конкретные величины любого частного случая, получить результат совместного действия всех факторов. Начальной фазой таких решений в научной теплотехнике обычно является составление диференциального уравнения для рассматриваемого сложного процесса, а затем интегрирование этого уравнения или по крайней мере нахождение частных интегралов его. Но и составление уравнения и интегрирование его обычно оказывается крайне затруднительным, а часто и невозможным. Мало того, зависимость процесса от многих переменных величин часто делает невозможным даже опытное и экспериментальное решение вопроса. Для этого, как известно, изучают влияние каждого из факторов в отдельности. Но варьирование одного фактора часто бывает невозможным, так как он не может изменяться, не затрагивая других, не может быть изолирован от них. Так, в теплотехнике промышленных установок теплопередача от текущей по трубе жидкости к стенкам трубы зависит от диаметра трубы d, скорости движения со, плотности жидкости р, ее вязкости и температуры или перепада температур жидкости и стенки и т. д. Но нельзя в опыте изменить только температуру жидкости, не изменив тем самым ее вязкости, плотности и пр.
Поэтоиу вместо отдельных переменных (факторов) Гм'|»у'| их группу, комплекс их как сомножителей и обращаются с этим комплексом, как с одной переменной, т. е. либо ставят эксперименты в связи с такой составной переменной, либо составляют формулу как функцию от нее же. Ясно, что это гораздо проще и удобнее, чем иметь дело с рядом отдельных переменных. Откуда получаются эти составные переменные, критерии? В теплотехнической теории их получают из упомянутых выше диференциальных уравнений, применяя к ним теорию подобия1. Эти критерии, называемые ниже теоретическими, обладают свойством безразмерно, т. е. являются отвлеченными числами. Обычно они представляют собой дробь, в которой числитель состоит из множителей (факторов), действующих на процесс в одном направлении (например, усиливающих его), а знаменатель — из множителей, действующих в обратном направлении. Возьмем, например, критерии Ке = —- из указанных выше физических величин так называемого турбулентного движения жидкости в трубе. Независимо от наличия диференциальных уравнений и выводов из них, ясно, что теплопередача от потока к стенкам трубы увеличивается с возрастанием скорости, диаметра, плотности жидкости и уменьшается с увеличением вязкости, влияющей на утолщение пограничного неподвижного слоя при стенках трубы и тем самым уменьшающей теплопередачу к ним. Поскольку здесь не идет речь о прямой или обратной пропорциональности, а только о прямом или обратном соотношении, этот критерий мог бы быть составлен априорно, без выводов. Это относится к большинству критериев: если заданы отдельные факторы, от которых зависит процесс, то обычно бывает нетрудно сгруппировать их в критерии, чтобы избежать сложного оперирования многими отдельными факторами. Делая это в какой-либо новой области прикладного характера, обычно получаем критерии не безразмерные, как выведенные из уравнения при помощи теории подобия, а имеющие какую-либо размерность не интересующую нас при практическом решении вопроса. Такие критерии мы называем практическими в отличие от выведенных математически теоретических критериев. Этот переход к практическим критериям, впрочем, встречается иногда и в научной теплотехнике: так, если автор получает полуэмпирическую формулу или уравнение, в котором размерности обеих частей не совпадают, то он присваивает числовому коэфициенту одной части недостающую размерность. Это, конечно, лишь формальность и притом ненужная с точки зрения практических целей уравнения. Бесспорно, что всякое уравнение, составными частями которого являются физические величины, должно иметь одинаковую размерность обеих частей. Однако наличие числовых коэфициентов пропорциональности погашает видимые дефекты1. Если же мы имеем дело не с уравнением или равенством, а только с одной величиной критерия, как с общей характеристической величиной, то его размерность для нас безразлична.
По всем этим соображениям составление практических критериев для нужд техники не представляет каких-либо трудностей. Отдельные физические величины должны быть относительными, обусловливающими сравнимость этих величин в разных случаях: например, фактор влажности воздуха выражают не в граммах на 1 л8, а в форме относительной влажности, т. е. в долях от полного насыщения; только при этом условии величина влажности будет сравнима для разных случаев, независимо, например, от температуры и давления воздуха, что должно учитываться особыми факторами.
Выбор единиц меры для отдельных физических факторов безразличен, как и в теоретических критериях; но выбрав единицы, необходимо придерживаться их в пределах того критерия и сопоставляемых с ним натурных величин.
Практические критерии или характеристические величины применяются в некоторых областях техники, например, в гидравлике. В строительной теплотехнике они не применялись и настоящая работа представляет собой первую попытку их применения. Эта попытка вызвана сложностью процесса и его расчета; например, расчет бесчердачных покрытий в отношении их влажностного режима, аналогичный вопрос для стен мокрых помещений и, наконец, отдельно стоящий вопрос о расчете размораживания почвы для зимних работ.
Указанные процессы зависят от многих факторов; так, накопление зимой влаги в бесчердачном покрытии зависит от температуры и влажности внутреннего воздуха, от перепада температур между внутренним и наружным воздухом, от длительности зимнего перепада, от паропроницаемости конструкции, от начальной влажности материалов покрытия.
Настоящая работа представляет собой попытку применения практических критериев или характеристических величин в ряде важнейших вопросов строительной теплотехники.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Стр.
Предисловие ко второму изданию.............. 3
Введение .......................... 5
Глава 1. Проблема влажаостного режима бесчердачных покрытий ...................... 9
Глава 2. Практические критерии для влажностяого режима бесчердачных покрытий.............. 13
Глава 3. Проверка бесчердачных покрытий В отношении годичных балансов влаги .............. 17
Глава 4. Проверка зимнего влажностного режима бесчердачных покрытий и расчет их пароизоляции..... 25
Глава 5. Стены мокрых помещений и их проверка по критериям......................36
Глава 6. Проблема прямого расчета процессов увлажнения и высыхания ограждений.............. 47
Глава 7. Применение практических критериев к расчету прогрева почвы для зимних работ ..."...... 61
Глава S. Априорное построение основных критериев строительной теплотехники ............... 74
Приложения:
Таблица I сорбционнего увлажнения строительных материалов .................. 80
Таблица II коэф!Щненты паропроницаемостп строительных материалов ..............
Сопротивление тонких слоев...............
Мачинский В.Д.
1950 г.
Настоящая монография является пособием для проектировщиков-строителей при проектировании ими бесчердачных покрытий и стен мокрых помещений, где необходима проверка влажностного режима этих ограждений.
Устанавливается возможность применения метода характеристических величин для приближенного расчета процессов размораживания почвы при зимних работах.
ПРЕДИСЛОВИЕ КО ВТОРОМУ ИЗДАНИЮ
Второе издание настоящей монографии включает новую главу, излагающую метод непосредственного расчета процессов увлажнения конструкций путем па-ропроницания вместо более трудоемкого метода последовательного увлажнения.
Цель этой главы — показать, что даже простейший метод становится сложным и ненадежным, когда условия приближаются к реальным, обычно имеющим место в ограждениях.
Кроме того, в этом издании учтены и приложены новые данные (ЦНИПС) по коэфициентам паропроницания строительных материалов, приведены и использованы некоторые новые натурные наблюдения для установления предельных величин критериев, уточнен один из факторов, входящих в критерий (фактор tj, ii в связи со всем этим откорректированы расчетные формулы.
По существу метода пока нет ни одного наблюдения, противоречащего установленной закономерности и трактовке рассматриваемых в брошюре вопросов. Поэтому в настоящее время ничто не мешает, по мнению штора, принять предложенный метод в качестве приближенной проверки бесчердачных покрытии и стен мокрых помещений в отношении их влажностного режима.
ВВЕДЕНИЕ
Если какой-либо физический процесс зависит одновременно от многих переменных факторов, то обычно невозможно составить формулу или уравнение, дающее 1акое общее решение вопроса, чтобы можно было, поставив в это уравнение вместо букв конкретные величины любого частного случая, получить результат совместного действия всех факторов. Начальной фазой таких решений в научной теплотехнике обычно является составление диференциального уравнения для рассматриваемого сложного процесса, а затем интегрирование этого уравнения или по крайней мере нахождение частных интегралов его. Но и составление уравнения и интегрирование его обычно оказывается крайне затруднительным, а часто и невозможным. Мало того, зависимость процесса от многих переменных величин часто делает невозможным даже опытное и экспериментальное решение вопроса. Для этого, как известно, изучают влияние каждого из факторов в отдельности. Но варьирование одного фактора часто бывает невозможным, так как он не может изменяться, не затрагивая других, не может быть изолирован от них. Так, в теплотехнике промышленных установок теплопередача от текущей по трубе жидкости к стенкам трубы зависит от диаметра трубы d, скорости движения со, плотности жидкости р, ее вязкости и температуры или перепада температур жидкости и стенки и т. д. Но нельзя в опыте изменить только температуру жидкости, не изменив тем самым ее вязкости, плотности и пр.
Поэтоиу вместо отдельных переменных (факторов) Гм'|»у'| их группу, комплекс их как сомножителей и обращаются с этим комплексом, как с одной переменной, т. е. либо ставят эксперименты в связи с такой составной переменной, либо составляют формулу как функцию от нее же. Ясно, что это гораздо проще и удобнее, чем иметь дело с рядом отдельных переменных. Откуда получаются эти составные переменные, критерии? В теплотехнической теории их получают из упомянутых выше диференциальных уравнений, применяя к ним теорию подобия1. Эти критерии, называемые ниже теоретическими, обладают свойством безразмерно, т. е. являются отвлеченными числами. Обычно они представляют собой дробь, в которой числитель состоит из множителей (факторов), действующих на процесс в одном направлении (например, усиливающих его), а знаменатель — из множителей, действующих в обратном направлении. Возьмем, например, критерии Ке = —- из указанных выше физических величин так называемого турбулентного движения жидкости в трубе. Независимо от наличия диференциальных уравнений и выводов из них, ясно, что теплопередача от потока к стенкам трубы увеличивается с возрастанием скорости, диаметра, плотности жидкости и уменьшается с увеличением вязкости, влияющей на утолщение пограничного неподвижного слоя при стенках трубы и тем самым уменьшающей теплопередачу к ним. Поскольку здесь не идет речь о прямой или обратной пропорциональности, а только о прямом или обратном соотношении, этот критерий мог бы быть составлен априорно, без выводов. Это относится к большинству критериев: если заданы отдельные факторы, от которых зависит процесс, то обычно бывает нетрудно сгруппировать их в критерии, чтобы избежать сложного оперирования многими отдельными факторами. Делая это в какой-либо новой области прикладного характера, обычно получаем критерии не безразмерные, как выведенные из уравнения при помощи теории подобия, а имеющие какую-либо размерность не интересующую нас при практическом решении вопроса. Такие критерии мы называем практическими в отличие от выведенных математически теоретических критериев. Этот переход к практическим критериям, впрочем, встречается иногда и в научной теплотехнике: так, если автор получает полуэмпирическую формулу или уравнение, в котором размерности обеих частей не совпадают, то он присваивает числовому коэфициенту одной части недостающую размерность. Это, конечно, лишь формальность и притом ненужная с точки зрения практических целей уравнения. Бесспорно, что всякое уравнение, составными частями которого являются физические величины, должно иметь одинаковую размерность обеих частей. Однако наличие числовых коэфициентов пропорциональности погашает видимые дефекты1. Если же мы имеем дело не с уравнением или равенством, а только с одной величиной критерия, как с общей характеристической величиной, то его размерность для нас безразлична.
По всем этим соображениям составление практических критериев для нужд техники не представляет каких-либо трудностей. Отдельные физические величины должны быть относительными, обусловливающими сравнимость этих величин в разных случаях: например, фактор влажности воздуха выражают не в граммах на 1 л8, а в форме относительной влажности, т. е. в долях от полного насыщения; только при этом условии величина влажности будет сравнима для разных случаев, независимо, например, от температуры и давления воздуха, что должно учитываться особыми факторами.
Выбор единиц меры для отдельных физических факторов безразличен, как и в теоретических критериях; но выбрав единицы, необходимо придерживаться их в пределах того критерия и сопоставляемых с ним натурных величин.
Практические критерии или характеристические величины применяются в некоторых областях техники, например, в гидравлике. В строительной теплотехнике они не применялись и настоящая работа представляет собой первую попытку их применения. Эта попытка вызвана сложностью процесса и его расчета; например, расчет бесчердачных покрытий в отношении их влажностного режима, аналогичный вопрос для стен мокрых помещений и, наконец, отдельно стоящий вопрос о расчете размораживания почвы для зимних работ.
Указанные процессы зависят от многих факторов; так, накопление зимой влаги в бесчердачном покрытии зависит от температуры и влажности внутреннего воздуха, от перепада температур между внутренним и наружным воздухом, от длительности зимнего перепада, от паропроницаемости конструкции, от начальной влажности материалов покрытия.
Настоящая работа представляет собой попытку применения практических критериев или характеристических величин в ряде важнейших вопросов строительной теплотехники.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Стр.
Предисловие ко второму изданию.............. 3
Введение .......................... 5
Глава 1. Проблема влажаостного режима бесчердачных покрытий ...................... 9
Глава 2. Практические критерии для влажностяого режима бесчердачных покрытий.............. 13
Глава 3. Проверка бесчердачных покрытий В отношении годичных балансов влаги .............. 17
Глава 4. Проверка зимнего влажностного режима бесчердачных покрытий и расчет их пароизоляции..... 25
Глава 5. Стены мокрых помещений и их проверка по критериям......................36
Глава 6. Проблема прямого расчета процессов увлажнения и высыхания ограждений.............. 47
Глава 7. Применение практических критериев к расчету прогрева почвы для зимних работ ..."...... 61
Глава S. Априорное построение основных критериев строительной теплотехники ............... 74
Приложения:
Таблица I сорбционнего увлажнения строительных материалов .................. 80
Таблица II коэф!Щненты паропроницаемостп строительных материалов ..............
Сопротивление тонких слоев...............