Природна і вимушена конвекція

Ще інакше називається тепловіддача.

Теплообмін між твердою поверхнею та теплоносієм який здатен текти, що здійснюється одночасно шляхом переміщення теплоносія в просторі та за рахунок теплопровідності називається конвективним теплообміном або тепловіддачею. Отже для конвективного теплообміну треба мати тверду поверхню і теплоносія який може текти (газ або рідна або суміші газів або рідин). Чому називається теплоносій, тому що десь далеко воду наприклад нагріли, перекачали по трубах в наш корпусі тут вона нагріває повітря. Отже вода переносить тепло – теплоносій. Механізм конвективного теплообміну – повітря нагрівається від батареї наприклад і завдяки цьому його густина зменшується, воно піднімається, на його місце надходить більш холодне повітря – виникає природна конвекція. Біля вікон все навпаки – повітря охолоджується, густина збільшується і тд. Фактично рушійною силою природної конвекції є сили тяжіння. На зорі космонавтики люди які попали в космос жалілися що в кораблі дуже жарко хоча насправді температура повітря становила 22 ^оС. В чім справа. Виявилося що тонкий шар повітря наприклад біля рук швидко прогрівався а дальше завдяки тому що повітря прекрасний ізолятор (має найменший коефіцієнт теплопровідності) тепло не передавалося. Створювалася так звана теплова подушка. Природна конвекція не виникала. Що ж робити? А треба перейти від природної конвекції до вимушеної тобто створити рух теплоносія (повітря) (поставити вентилятор). У випадку конвекції питомий тепловий потік буде. Існують так звані макро і мікро методи передачі теплоти. Коли потік набігає на плоску пластину то відбувається стискання теплоносія, зміна напрямку його руху, утворюються завихрення, виникає турбулентність. Але на певній малій відстані від пластини утворюється підшар в якому рух теплоносій сповільнюється і стає ламінарним. Міняються режими руху теплоносія що виявив в 1873 році французький вчений Осборн Рейнольдс. І виявляється що в межах збуреного теплоносія що рухається турбулентно відбувається макропередача теплоти за рахунок руху теплоносія, а в межах ламінарного тоненького підшару теплопередача відбувається за рахунок мікрометода – теплопровідності. Співвідношення цих методів 98 до 2 %. Чим більша швидкість руху теплоносія тим товщина цього ламінарного підшару менша і відповідно частка теплопровідності менша. Вимушена конвекція є процесом більш інтенсивним.

Від чого залежить інтенсивність конвективного теплообміну? На нього впливають швидкість руху теплоносія, його теплофізичні властивості – теплоємність (частіше ізобарна), коефіцієнт теплопровідності, в’язкість (динамічна чи кінематична) чим більш в’язка речовина тим гірший конвективний теплообмін, коефіцієнт температуропровідності який характеризує швидкість зміни температури в тілі м²/с; коефіцієнт об’ємного розширення (для ідеальних газів).

Отже конвекція буває природна і вимушена (на неї впливає швидкість руху теплоносія, його фізичні властивості, форма поверхні).