Естественная и принудительная конвекция

Естественная и принудительная конвекция

  1. Естественная конвекция 
  2. Вынужденная конвекция 

Естественная и принудительная конвекция 1 – Студенты России

Определение 1

Конвекцией называют разновидность передачи тепловой энергии, при которой обмен производится с помощью потоков жидкости или газа.

Практически вся конвекция в природе является естественной, так как она возникает сама собой в результате нагревания газа или жидкости в земном поле тяготения. В качестве примера можно привести нагрев атмосферы — нижние слои нагреваются быстрее, за счет внутренней температуры планеты и становятся легче, в результате чего они поднимаются, вынуждая более холодные слои опускаться ниже. В свою очередь, опустившиеся холодные слои через время также нагреваются и поднимаются, и этот процесс является непрерывным. В ходе определенных условий процесс смешивания потоков упорядочивается в отдельные вихри, в результате чего возникает решетка из конвекционных ячеек. Многие атмосферные явления, облака, появление солнечных гранул, перемещение тектонических плит — все эти природные явления происходят в результате естественной конвекции.

В отличие от естественной конвекции, принудительная происходит посредством внешних сил, обеспечивающих перенос рабочего вещества (насосом или вентилятором). Она применяется в том случае, когда естественной конвекции недостаточно для достижения необходимого эффекта. 

Замечание 1

Конвекция относится не только к переносу тепловой энергии, но также к переносу массы или электрических зарядов.

Естественная конвекция 

Изучение естественной конвекции, ее процессов и свойств имеет очень важное значение для стабильной работы многих технических систем, так как это напрямую связано с отводом тепловой энергии. В случае, когда обычные способы сброса избыточного тепла являются недостаточно эффективными, применяются принудительную конвекцию.

Самыми распространенными отопительными приборами являются конвекторы, в которых основная часть теплоносителя подается как раз посредством конвекции, например конвекторы из оребренных труб, по которым перемещается теплоноситель. Сама труба заключается в специальный кожух с отверстиями для прохода воздуха.

Привычные всем радиаторы отопления совмещают в себе принципы естественной и принудительной конвекции. Внутри радиаторов теплоноситель перемещается принудительно, но обогрев непосредственно самого помещения происходит посредством естественных процессов.

Тем не менее, в некоторых случаях необходимо подавлять естественную конвекцию, чтобы снизить потери тепла. Это, к примеру, происходит в солнечных коллекторах, когда снижение теплопотерь через прозрачную изоляцию является первостепенной задачей.

Еще одним широко используемым в быту и промышленности прибором, основанным на принципе конвекции, является воздухонагреватель. Его используют не только для обогрева помещений, но также для продувки доменных печей и других целях. Когда воздухонагреватель работает в режиме нагрева, продукты сгорания устремляются вверх и попадает в коллектор. В режиме продувки холодный воздух забирает тепловую энергию, аккумулирующуюся в коллекторе, после чего сам нагревается и направляется в воздухопровод, где и используется в различных целях.

Вынужденная конвекция 

Определение 2

Вынужденной конвекцией называется явление, когда движение газа или жидкости вызывается посредством воздействия внешних сил.

Когда происходит процесс течения жидкости, то непосредственно к поверхности твердого тела образуется пограничный неподвижный слой. Теплота передается через этот слой путем теплопроводности. плотность теплового потока через пограничный слой пропорциональна разности температур жидкости и поверхности тела

Источник