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:
- Przekazywanie energii w wyniku losowych ruchów cząsteczek (dyfuzja) oraz
- Przekazywanie energii w wyniku masowego lub makroskopowego ruchu płynu (adwekcja).
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 między płynem o temperaturze Tf a ścianą ciała stałego o powierzchni A i temperaturze Ts jest zgodne z prawem chłodzenia Newtona, które można zapisać jako:
Qkonwekcja = h A (Ts - Tf)
gdzie h jest współczynnikiem przekazywania ciepła przez konwekcję. Jednostką h jest W/m2.K lub Btu/s.cal2.F. Współczynnik przekazywania ciepła przez konwekcję (h) jest zależny od ruchu płynu, geometrii oraz właściwości 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
Do przyspieszenia przepływu płynu na ścianie ciała stałego są stosowane urządzenia zewnętrzne (np. wentylator lub pompa). Szybki ruch cząstek płynu na ścianie ciała stałego maksymalizuje gradient temperatury i zwiększa natężenie wymiany ciepła. Na poniższym rysunku pokazano wymuszenie przepływu powietrza nad gorącą płytą.
