Об окнах

[amon]

Рассказывают такую байку. Один великий физик с нобелевской премии строил виллу в горах (фамилии у разных рассказчиков разные). В горах холодно, вилла утеплялась, для чего ученый решил сделать расстояние между наружной и внутренней рамой чуть не в метр. На это плотник, делавший раму, сказал
- Профессор, так нельзя делать. Замерзнете.
- Почему? Чем больше расстояние, тем меньше теплопроводность!
- Я точно сказать не могу, там ячейки какие-то, в общем, больше 20 сантиметров нельзя делать, а лучше - меньше.

[Munin]

Не верю я плотнику. По графикам от GraNiNi, теплосопротивление выходит на константу (а не уменьшается). И вообще, когда это дополнительное помещение мешало теплоизоляции? Есть такая штука, как сени.

[ura_sim]

Munin в сообщении #991009 писал(а):

Понятно.

Нет не поняли ,извините.
Ваш пример без сомнений ,но не совсем к месту.Исходим из изначального . Речь о газе. ( что твердое покоробит,а жидкое "законвексирует" согласен) и я акцентировал: "Тогда, когда этот слой не разделён (по вертикали) веществом иного свойства нежели газ." В Вашем же случае вы просто соединили ( утрированно) ёмкости с разным напором. Достигнете ли Вы конвекции в одной ёмкости с газом нагревая более верхнюю её стенку или охлаждая её нижнюю? Предположенную границу усреднённой температуры газовой прослойки в окне я представляю как горизонталь. Вы же утверждаете о некоторой диагонали.
Пытаюсь конкретизировать свои сомнения: Насколько агрегатные свойства газа способны породить его движение при термическом воздействии на него"со стороны"?

-- 16.03.2015, 23:27 --

Munin в сообщении #991050 писал(а):

Есть такая штука, как сени.

Всё от обстоятельств. Дом строил - стена 700. Ещё по окну в одно стекло. Оно тёплое. Сосед рад бы да стена 300. Мёрзнет.
Ищё. Ну буть я физик, чаво, не могу за литературу палучить?

[Munin]

ura_sim в сообщении #991055 писал(а):

Достигнете ли Вы конвекции в одной ёмкости с газом нагревая более верхнюю её стенку или охлаждая её нижнюю? Предположенную границу усреднённой температуры газовой прослойки в окне я представляю как горизонталь.

Простите, вы всё время путаетесь. То у вас речь о верхних и нижних стенках, то об окне. В окне нагреваются и охлаждаются боковые стенки.

ura_sim в сообщении #991055 писал(а):

Вы же утверждаете о некоторой диагонали.

Нет, конечно.

ura_sim в сообщении #991055 писал(а):

Пытаюсь конкретизировать свои сомнения: Насколько агрегатные свойства газа способны породить его движение при термическом воздействии на него"со стороны"?

Именно они его и порождают. Можете считать, что это экспериментальный факт. Можно пустить струйку дыма в воздушную камеру, и наблюдать конвекционные потоки невооружённым глазом.

[druggist]

Munin в сообщении #991050 писал(а):

теплосопротивление выходит на константу (а не уменьшается).

Это для окна фиксированных размеров график, скорее всего. Если держать отношение толщины к высоте окна постоянным, то скорее всего,с ростом тощины будет уменьшаться, так высота столба газа будет также расти.

[amon]

Munin в сообщении #991050 писал(а):

Не верю я плотнику.

Я тут насмерть стоять не буду, но такое наблюдение. В деревенских домах расстояние между рамами порядка 10 см при том, что больше сделать легче. По себе зная о врожденном трудолюбии русского народа, кажется, что без причины этого не стали бы делать. Расстояние должно быть меньше характерного размера конвективной ячейки (IMHO, но не только мое).

[ura_sim]

amon в сообщении #991073 писал(а):

трудолюбии русского народа, кажется, что без причины этого не стали бы делать

Брус 16-й уже роскошь. Рады бы да накладно. Так что вероятней " русский сопромат". Ось сломалась- делай в два раза толще. Ещё сломалась - ещё в два раза.

[Red_Herring]

Вот что говорят профессионалы:
http://www.engineeringtoolbox.com/heat-loss-transmission-d_748.html

[GraNiNi]

amon в сообщении #991073 писал(а):

В деревенских домах расстояние между рамами порядка 10 см при том, что больше сделать легче. По себе зная о врожденном трудолюбии русского народа, кажется, что без причины этого не стали бы делать.

Вспоминаю свое детство.
Я хоть вырос не в деревне, а в городе, но в доме постройки конца 19 в. Так у нас между рам свободно становилась 3-х литровая банка, а летом там кот любил отдыхать.
Может раньше так специально строили, чтобы зимой межстекольное пространство можно было использовать как холодильник, а может просто - инерция крестьянского мышления - чем больше - тем лучше.
Да и в действительности, основные работы по строительной теплофизике у нас были выполнены только в 50-е годы прошлого века.

Из инета.
Вот так примерно выглядит естественная конвекция в замкнутом пространстве с вертикальными стенками разной температуры (компьютерная симуляция)
http://www.youtube.com/watch?v=cvDNaAK9Z14

[ura_sim]

GraNiNi в сообщении #991091 писал(а):

Вот так примерно выглядит естественная конвекция

Наглядно. Спасибо! А что если на верх - низ тормозные лопасти ставить?

-- 17.03.2015, 14:24 --

GraNiNi в сообщении #991091 писал(а):

Вот так примерно выглядит естественная конвекция

Наглядно. Спасибо! А что если на верх - низ тормозные лопасти ставить?

[druggist]

GraNiNi в сообщении #991091 писал(а):

Вот так примерно выглядит естественная конвекция в замкнутом пространстве с вертикальными стенками разной температуры (компьютерная симуляция)

Но эта ситуация для кубика, а как сильно будет изменяться картинка, если высота, скажем, в 100 раз превышает ширину?

[Skeptic]

Пластиковое двустворчатое окно. На раму нижней части одной створки наклеен скотч. Получился карман, задерживающий холодный воздух, стекающий со стекла и накапливающийся в кармане. Сравнение температур стёкол соседних створок показало, что выше кармана распределение температур не изменилось. Внутри кармана температура уменьшилась на 2 градуса. Температура скотча увеличилась на 1 градус по сравнению с температурой открытого стекла, т.е. в комнату стал стекать более тёплый воздух.

[Munin]

ura_sim в сообщении #991348 писал(а):

Наглядно. Спасибо! А что если на верх - низ тормозные лопасти ставить?

Проще просто разделить весь объём перегородками. Что и делают, когда ставят дополнительные стёкла в окна.

druggist в сообщении #991354 писал(а):

Но эта ситуация для кубика, а как сильно будет изменяться картинка, если высота, скажем, в 100 раз превышает ширину?

Тут ситуация не симметричная: если увеличить область в 100 раз по высоте, будет одно, а если уменьшить в 100 раз по ширине - будет другое. Числа Рэлея отличаются.

Кстати, там указано, что число Прандтля низкое: $\mathrm{Pr}=0{,}025.$ По Википедии, это порядка числа Прандтля для ртути, а вот для воздуха оно около 0,7-0,8, что приводит к менее красивым завихрениям. Впрочем, разница тут полтора порядка, а в гидродинамике это немного. ( http://en.wikipedia.org/wiki/Prandtl_number )

[druggist]

Munin в сообщении #991410 писал(а):

Числа Рэлея отличаются.

Munin
Число Рэлея определяет порог неустойчивости при нагреве снизу. В рассматриваемом случае порога, по-видимому, нет. Если нет, то число Рэлея порог равен нулю, если порог есть, то в чем физика? Вы неудачную статью привели, запутывающую вопрос. Приведите теоретическое рассмотрение данного случая, тогда будет ясно.

[Munin]

druggist в сообщении #991419 писал(а):

Число Рэлея определяет порог неустойчивости при нагреве снизу.

Да нет же. У него более широкий смысл - это безразмерная константа, характеризующая задачу.
http://en.wikipedia.org/wiki/Rayleigh_number
http://en.wikipedia.org/wiki/Dimensionless_quantity
http://en.wikipedia.org/wiki/Dynamic_similarity_(Reynolds_and_Womersley_numbers)
http://en.wikipedia.org/wiki/Characteristic_number_(fluid_dynamics)

druggist в сообщении #991419 писал(а):

Если нет, то порог равен нулю, если порог есть, то в чем физика?

Порога нет, в том смысле, что нет такой разницы температур, или размера области, в котором бы не было тепловой конвекции - она всегда будет.
Порог есть, в том смысле, что в одних условиях тепловая конвекция будет сильной и преобладающей как механизм теплопередачи, а в других условиях - она будет слабой, и будет пренебрежимой на фоне теплопроводности.
Этот "порог" чётко виден на графиках, приведённых GraNiNi: в одной области график ведёт себя одним образом (практически диагонален), в другой - другим образом (практически горизонтален), и переходная область имеет масштаб порядка единицы.

Физика - в том, что даже при том, что конвекция всегда есть, у неё есть количественные характеристики. Например, скорость потока воздуха. И соответственно, скорость теплопередачи. Эта скорость быстро снижается, когда промежуток между стёклами становится узким: вязкость тормозит поток о стенки. И при этом, увеличивается скорость теплопередачи за счёт теплопроводности: теплу приходится преодолевать меньшее расстояние.

Я полагал, что всё это очевидно и не нуждается в разжёвывании.

druggist в сообщении #991419 писал(а):

Вы неудачную статью привели, запутывающую вопрос.

Я привёл статью, которая рассматривает более простой случай, в котором есть чёткий "порог". Если её прочитать (чего вы вряд ли сделали), то можно набраться достаточно знаний, чтобы перейти к другим случаям. То есть, эта статья - необходимая и удобная промежуточная ступенька.

druggist в сообщении #991419 писал(а):

Приведите теоретическое рассмотрение данного случая, тогда будет ясно.

У меня его в кармане нет. "На пальцах" я объяснил суть ura_sim выше. GraNiNi привёл видео симуляции.