Konwekcja
Konwekcja jest głównym rodzajem przekazywania, w którym ciepło jest przekazywane pomiędzy ścianą ciała stałego, a przyległym, poruszającym się płynem (lub gazem). Konwekcja posiada dwa elementy:
Mechanizm konwekcji można objaśnić następująco: gdy warstwa płynu przyległa do gorącej powierzchni nagrzewa się, jej gęstość spada (przy stałym ciśnieniu gęstość jest odwrotnie proporcjonalna do temperatury) i zaczyna na nią działać siłą wyporu. Chłodniejszy (cięższy) płyn w pobliżu powierzchni zastępuje płyn cieplejszy i powstaje ruch cyrkulacyjny.
Natężenie wymiany ciepła pomiędzy płynem o temperaturze Tf i ścianą ciała stałego o powierzchni A i temperaturze Ts jest zgodne z prawem chłodzenia Newtona, które można zapisać jako:
Qkonw. = h A (Ts - Tf)
gdzie h jest
współczynnikiem przekazywania ciepła przez konwekcję
. Jednostką h jest W/m
2
.
K lub Btu/s.cal
2
.F. Współczynnik przekazywania ciepła przez konwekcję (h) zależny jest od ruchu płynu, geometrii oraz własności termodynamicznych i fizycznych.
Generalnie występują dwa typy przekazywania ciepła przez konwekcję:
Konwekcja naturalna (swobodna)
Ruch płynu przyległego do ściany ciała stałego jest wywoływany przez siły wyporu powodowane zmianami gęstości płynu w wyniku różnicy temperatur pomiędzy ciałem stałym, a płynem. Gdy gorąca płyta będzie pozostawiona do ostygnięcia w powietrzu, cząstki powietrza przyległe do ściany płyty nagrzewają się, ich gęstość maleje i dlatego poruszają się do góry.
Konwekcja wymuszona
Stosowane są zewnętrzne środki (np. wentylator lub pompa) do przyspieszenia przepływu płynu na ścianie ciała stałego. Szybki ruch cząstek płynu na ścianie ciała stałego maksymalizuje gradient temperatury i zwiększa natężenie wymiany ciepła. Wymuszenie przepływu powietrza nad gorącą płytą ukazano na poniższym rysunku.
