Принудительная конвекция

Принудительная конвекция вентилятором в снегогенераторе.

Вынужденная конвекция — это механизм или тип транспорта, при котором движение жидкости создается внешним источником (например, насосом, вентилятором, всасывающим устройством и т. д.). Наряду с естественной конвекцией , тепловым излучением и теплопроводностью это один из методов теплопередачи, позволяющий очень эффективно передавать значительные количества тепловой энергии.

Приложения

Этот механизм очень часто встречается в повседневной жизни, включая центральное отопление , кондиционирование воздуха , паровые турбины и многие другие машины. С вынужденной конвекцией часто сталкиваются инженеры, проектирующие или анализирующие теплообменники , потоки в трубах и поток над пластиной при температуре, отличной от температуры потока (например, в случае крыла челнока при входе в атмосферу).

Смешанная конвекция

В любой ситуации вынужденной конвекции некоторая степень естественной конвекции всегда присутствует всякий раз, когда присутствуют гравитационные силы (т. е. если система не находится в инерциальной системе отсчета или в свободном падении). Когда естественная конвекция незначительна, такие потоки обычно называют смешанной конвекцией .

Математический анализ

При анализе потенциально смешанной конвекции параметр, называемый числом Архимеда (Ar), параметризирует относительную силу свободной и вынужденной конвекции. Число Архимеда — это отношение числа Грасгофа к квадрату числа Рейнольдса , которое представляет собой отношение силы плавучести и силы инерции и обозначает вклад естественной конвекции. При Ar ≫ 1 преобладает естественная конвекция, а при Ar ≪ 1 — вынужденная конвекция.

$Ar={\frac {Gr}{Re^{2}}}$

Когда естественная конвекция не является значимым фактором, математический анализ с использованием теорий принудительной конвекции обычно дает точные результаты. Важным параметром вынужденной конвекции является число Пекле , которое представляет собой соотношение адвекции (движения течениями) и диффузии (движения от высоких концентраций к низким) тепла.

$Pe={\frac {UL}{\alpha }}$

Когда число Пекле намного больше единицы (1), адвекция доминирует над диффузией. Точно так же гораздо меньшие отношения указывают на более высокую скорость диффузии по сравнению с адвекцией.

См. также

• Конвективный теплообмен
• Комбинированная принудительная и естественная конвекция.