対流

対流とは固体の表面から面に接して移動している流体（または気体）への熱の伝達様式の事です。対流には次の 2 つの要素があります。

• ランダムな分子運動によるエネルギーの伝達（拡散）

• 液体のバルク運動または巨視的運動によるエネルギーの伝達（移流）

対流のメカニズムを以下に説明します。暖かい表面に接している流体の層が暖かくなると、その密度が下がって（常圧では、密度は温度に反比例します）上に上がろうとします。表面近辺の冷えた（重くなった）流体が暖かい流体と入れ替わって、循環パターンが形成されます。

温度が Tf の流体と表面積 A を持つ温度 Ts の固体の表面間の熱の交換率はニュートンの法則に従っており、次のように表わすことができます。

Q対流 = h A (Ts - Tf)

ここで、h は 熱伝達係数です 。ｈ の単位は W/m 2 . K または Btu/s.in 2 .F です。対流熱伝達係数 (h) は、液体の運動、ジオメトリ、および熱力学的性質と物理的性質に依存します。

一般的に、対流熱伝達には 2 つのモードがあります。

自然（自由）対流（Natural (Free) Convection）

固体の表面に接した流体の動きは、固体と流体の温度の差によって流体の密度が変化することによる浮力によって引き起こされます。熱いプレートが冷却されるために空中に置かれている場合、プレートの面に接している空気の粒子は暖められ、その密度は小さくなり、上方へ動きます。

強制対流

扇風機やポンプのような外的手段は、固体表面上の流体の流れを加速するために用いられます。固体表面上の流体粒子の速い動きは温度勾配を大きくし、熱交換率を増大させます。次の図では、熱いプレート上に空気が強制対流として描かれています。