Конвекция
Конвекция является режимом переноса тепла, при котором тепло переносится между поверхностью твердого тела и соседствующей движущейся жидкостью (или газом). В конвекции имеются два элемента:
Данный механизм конвекции может быть объяснен следующим образом: по мере того, как слой жидкости, соседствующий с горячей поверхностью, становится теплее, его плотность уменьшается (при постоянном давлении плотность обратно пропорциональна температуре) и он становится всплывающим. Более холодная (более тяжелая) жидкость около поверхности замещается теплой жидкостью и формируется структура циркуляции.
Скорость теплообмена между жидкостью температуры Tfи поверхностью твердого тела площадью A при температуре Ts подчиняется закону охлаждения Ньютона, который можно записать так:
Qконвекции = h A (Ts - Tf)
где h –
коэффициент конвективной теплопередачи
. Единицы для h –
Вт/м
2.Kили БТЕ/с.дюйм
2
.F. Коэффициент конвективной теплопередачи (h) зависит от движения жидкости, геометрии и термодинамических и физических свойств.
В принципе, имеются два режима переноса тепла конвекцией:
Естественная (свободная) конвекция
Движение жидкости или газа, примыкающих к поверхности твердого тела, вызывается силами выталкивания, на которые оказывает влияние изменение в плотности жидкости или газа благодаря разнице температур между твердым телом и жидкостью или газом. Когда горячая пластина оставлена остывать на воздухе, частички воздуха, соприкасающиеся с поверхностью пластины, нагреваются, их плотность уменьшается и потому они движутся вверх.
Принудительная конвекция
Некое внешнее устройство, например, вентилятор или насос, используется для ускорения потока жидкости или газа по поверхности твердого тела. Быстрое движение частичек жидкости или газа по поверхности твердого тела максимизирует температурный градиент и увеличивает скорость теплообмена. На следующем рисунке воздух принудительно нагнетается поверх горячей пластины.
