Konvektsioon- soojusülekanne aineosakeste liigutamise teel. Konvektsioon toimub ainult vedelates ja gaasilistes ainetes, samuti vedela või gaasilise keskkonna ja tahke aine pinna vahel. Sel juhul toimub soojusülekanne soojusjuhtivuse järgi. Konvektsiooni ja soojusjuhtivuse koosmõju pinnalähedases piirpiirkonnas nimetatakse konvektiivseks soojusülekandeks.
Konvektsioon toimub hoonete piirete välis- ja sisepindadel. Konvektsioon mängib olulist rolli ruumi sisepindade soojusvahetuses. Pinna ja sellega külgneva õhu erinevatel temperatuuridel toimub soojuse üleminek madalamale temperatuurile. Konvektsiooni teel edasikantav soojusvoog sõltub pinda peseva vedeliku või gaasi liikumisviisist, liikuva aine temperatuurist, tihedusest ja viskoossusest, pinna karedusest, pinna temperatuuride erinevusest ja ümbritsev meedium.
Soojusvahetusprotsess pinna ja gaasi (või vedeliku) vahel kulgeb sõltuvalt gaasi liikumise iseloomust erinevalt. Eristama loomulik ja sunnitud konvektsioon. Esimesel juhul toimub gaasi liikumine pinna ja gaasi temperatuuride erinevuse tõttu, teisel - selle protsessi väliste jõudude tõttu (ventilaatorite töö, tuul).
Sundkonvektsiooniga võib üldiselt kaasneda loomuliku konvektsiooni protsess, kuid kuna sundkonvektsiooni intensiivsus ületab märgatavalt loomuliku konvektsiooni intensiivsust, siis sundkonvektsiooni puhul jäetakse loomulik konvektsioon sageli tähelepanuta.
Tulevikus võetakse arvesse ainult konvektiivse soojusülekande statsionaarseid protsesse, mis eeldavad konstantset kiirust ja temperatuuri aja jooksul mis tahes õhupunktis. Kuid kuna ruumielementide temperatuur muutub üsna aeglaselt, saab statsionaarsete tingimuste jaoks saadud sõltuvusi laiendada protsessile ruumi mittestatsionaarsed soojustingimused, milles igal vaadeldaval hetkel peetakse konvektiivse soojusvahetuse protsessi piirdeaedade sisepindadel statsionaarseks. Statsionaarsete tingimuste jaoks saadud sõltuvusi saab laiendada ka konvektsiooni olemuse järsu muutumise korral loomulikust sunnitud, näiteks tsirkuleeriva ruumikütteseadme (fan coil või split süsteem soojuspumba režiimis) sisselülitamisel. toas. Esiteks kehtestatakse uus õhu liikumise režiim kiiresti ja teiseks on soojusülekande protsessi insenertehnilise hinnangu nõutav täpsus väiksem kui võimalikud ebatäpsused, mis tulenevad soojusvoo korrektsiooni puudumisest üleminekuoleku ajal.
Kütte- ja ventilatsiooniarvutuste inseneripraktika jaoks on oluline konvektiivne soojusvahetus ümbritseva konstruktsiooni või toru pinna ja õhu (või vedeliku) vahel. Praktilistes arvutustes kasutatakse konvektiivse soojusvoo hindamiseks Newtoni võrrandeid (joonis 3):
Kus q kuni- soojusvoog, W, mis kantakse konvektsiooni teel liikuvast keskkonnast pinnale või vastupidi;
t a- seina pinda peseva õhu temperatuur, o C;
τ - seina pinna temperatuur, o C;
α kuni- konvektiivse soojusülekande koefitsient seina pinnal, W/m 2. o C.
Joon.3 Konvektiivne soojusvahetus seina ja õhu vahel
Soojusülekande koefitsient konvektsiooni teel, a kuni- füüsikaline suurus, mis on arvuliselt võrdne õhust konvektiivse soojusvahetuse teel tahke keha pinnale kantud soojushulgaga, mille õhutemperatuuri ja kehapinna temperatuuri erinevus on 1 o C.
Selle lähenemisviisi korral sisaldub kogu konvektiivse soojusülekande füüsikalise protsessi keerukus soojusülekandeteguris, a kuni. Loomulikult on selle koefitsiendi väärtus paljude argumentide funktsioon. Praktiliseks kasutamiseks aktsepteeritakse väga ligikaudseid väärtusi a kuni.
Võrrandi (2.5) saab mugavalt ümber kirjutada järgmiselt:
Kus R kuni - vastupidavus konvektiivsele soojusülekandele piirdekonstruktsiooni pinnal, m 2. o C/W, võrdne temperatuuride erinevusega piirdeaia pinnal ja õhutemperatuuri vahega soojusvoo läbimisel pinnatihedusega 1 W/m 2 alates pind õhku või vastupidi. Vastupidavus R kuni on konvektiivse soojusülekandeteguri pöördväärtus a kuni.
Kui tuua käsi sisselülitatud elektrilambi lähedale või asetada peopesa kuuma pliidi kohale, on tunda sooja õhuvoolu liikumist. Sama efekti võib täheldada lahtise leegi kohale asetatud paberilehe vibreerimisel. Mõlemat mõju seletatakse konvektsiooniga.
Mida see esindab?
Konvektsiooni nähtus põhineb külmemate ainete paisumisel kokkupuutel kuuma massiga. Sellistel asjaoludel kaotab kuumutatud aine tiheduse ja muutub ümbritseva külma ruumiga võrreldes kergemaks. Kõige täpsemalt vastab see nähtuse omadus soojusvoogude liikumisele vee soojendamisel.
Molekulide liikumine vastassuundades soojuse mõjul on just see, millel konvektsioon põhineb. Kiirgus ja soojusjuhtivus on sarnased protsessid, kuid puudutavad peamiselt ülekandumist tahketes ainetes.
Konvektsiooni ilmekateks näideteks on sooja õhu liikumine keset kütteseadmetega ruumi, kui soojendatud voolud liiguvad lakke ja külm õhk laskub põranda pinnale. Seetõttu on kütte sisselülitamisel ruumi ülaosas õhk märgatavalt soojem võrreldes ruumi alumise osaga.
Archimedese seadus ja füüsiliste kehade soojuspaisumine
Et mõista, mis on loomulik konvektsioon, piisab protsessi käsitlemisest Archimedese seaduse ja kehade paisumise nähtuse näitel soojuskiirguse mõjul. Nii et vastavalt seadusele toob temperatuuri tõus tingimata kaasa vedeliku mahu suurenemise. Mahutites altpoolt kuumutatud vedelik tõuseb kõrgemale ja suurema tihedusega niiskus liigub vastavalt madalamale. Ülevalt kuumutamisel jäävad oma kohale rohkem ja vähem tihedad vedelikud, mille puhul nähtust ei esine.
Kontseptsiooni tekkimine
Mõiste "konvektsioon" pakkus esmakordselt välja inglise teadlane William Pruit 1834. aastal. Seda kasutati termiliste masside liikumise kirjeldamiseks kuumutatud liikuvates vedelikes.
Esimesed teoreetilised uuringud konvektsiooni nähtuse kohta algasid alles 1916. aastal. Katsete käigus leiti, et üleminek difusioonilt konvektsioonile altkuumutatud vedelikes toimub teatud kriitiliste temperatuuriväärtuste saavutamisel. Hiljem määratleti see väärtus kui "Roeli number". See sai nime selle uurinud teadlase järgi. Katsetulemused võimaldasid selgitada soojusvoogude liikumist Archimedese jõudude mõjul.
Konvektsiooni tüübid
Meie kirjeldatud nähtusi on mitut tüüpi – loomulik ja sundkonvektsioon. Loodusliku konvektsiooni protsessi iseloomustab kõige paremini näide kuuma ja külma õhuvoolu liikumisest keset ruumi. Mis puutub sunni, siis seda võib täheldada vedelikku lusika, pumba või segistiga segades.
Tahkete ainete kuumutamisel pole konvektsioon võimalik. Selle põhjuseks on üsna tugev vastastikune külgetõmme nende tahkete osakeste vibratsiooni ajal. Tahke struktuuriga kehade kuumutamise tulemusena konvektsiooni ja kiirgust ei teki. Soojusjuhtivus asendab need nähtused sellistes kehades ja soodustab soojusenergia ülekannet.
Eraldi tüüp on nn kapillaarkonvektsioon. Protsess toimub siis, kui temperatuur muutub, kui vedelik liigub läbi torude. Looduslikes tingimustes on sellise konvektsiooni tähtsus koos loomuliku ja sunnitud konvektsiooniga äärmiselt ebaoluline. Kosmosetehnoloogias muutuvad aga väga olulisteks teguriteks materjalide kapillaarkonvektsioon, kiirgus ja soojusjuhtivus. Isegi kõige nõrgemad konvektiivsed liigutused kaaluta oleku tingimustes põhjustavad raskusi mõnede tehniliste probleemide lahendamisel.
Konvektsioon maakoore kihtides
Konvektsiooniprotsessid on lahutamatult seotud gaasiliste ainete loodusliku moodustumisega paksuses, seda võib vaadelda kui mitmest kontsentrilisest kihist koosnevat sfääri. Keskel on massiivne kuum tuum, mis on suure tihedusega vedel mass, mis sisaldab rauda, niklit ja muid metalle.
Ümbritsevad kihid on litosfäär ja poolvedel vahevöö. Maakera pealmine kiht on maakoor ise. Litosfäär moodustub üksikutest plaatidest, mis on vabas liikumises, liikudes piki vedeliku vahevöö pinda. Erineva koostise ja tiheduse poolest erinevate vahevöö lõikude ja kivimite ebaühtlase kuumutamise käigus tekivad konvektiivsed voolud. Just selliste voolude mõjul toimub ookeanipõhja loomulik transformatsioon ja kandvate mandrite liikumine.
Erinevused konvektsiooni ja juhtivuse vahel
Soojusjuhtivuse all tuleks mõista füüsiliste kehade võimet soojust üle kanda aatomi- ja molekulaarsete ühendite liikumise kaudu. Metallid on suurepärased soojusjuhid, kuna nende molekulid on üksteisega lahutamatult kontaktis. Vastupidi, gaasilised ja lenduvad ained on halvad soojusjuhid.
Kuidas konvektsioon toimub? Protsessi füüsika põhineb aine molekulide massi vabast liikumisest tingitud soojusülekandel. Soojusjuhtivus seisneb omakorda ainult energia ülekandmises füüsilise keha koostisosade vahel. Mõlemad protsessid on aga võimatud ilma aineosakesteta.
Näited nähtusest
Konvektsiooni kõige lihtsam ja arusaadavam näide on tavalise külmiku tööprotsess. Jahutatud freoongaasi ringlus läbi jahutuskambri torude viib ülemiste õhukihtide temperatuuri languseni. Vastavalt sellele, asendatuna soojemate vooludega, langevad külmad alla, jahutades seega tooteid.
Külmiku tagapaneelil asuv võre täidab elemendi rolli, mis hõlbustab gaasi kokkusurumisel seadme kompressoris tekkiva sooja õhu eemaldamist. Võre jahutus põhineb samuti konvektiivmehhanismidel. Just sel põhjusel ei ole soovitatav külmiku taga olevat ruumi segada. Lõppude lõpuks saab ainult sel juhul jahutada ilma raskusteta.
Teisi konvektsiooni näiteid saab näha loodusnähtuste, näiteks tuule liikumise jälgimisel. Kui õhuvoolud soojenevad kuivade mandrite kohal ja jahtuvad karmimate tingimustega piirkondades, hakkavad nad üksteist välja tõrjuma, pannes need liikuma ning niiskust ja energiat üle kandma.
Konvektsioon on lindude ja purilennukite lendlemise aluseks. Vähem tihe ja soojem ning maapinna ebaühtlane kuumenemine põhjustavad ülespoole suunatud hoovuste teket, mis aitab kaasa hüppelisele tõusule. Maksimaalsete vahemaade ületamiseks ilma pingutust ja energiat kulutamata vajavad linnud oskust selliseid voogusid leida.
Konvektsiooni headeks näideteks on suitsu tekkimine korstnates ja vulkaanikraatrites. Suitsu ülespoole liikumine põhineb selle kõrgemal temperatuuril ja väiksemal tihedusel võrreldes ümbritseva keskkonnaga. Kui suits jahtub, settib see järk-järgult atmosfääri alumistesse kihtidesse. Just sel põhjusel, mille kaudu tekivad atmosfääri eralduvad heitmed, tehakse need võimalikult kõrgeks.
Levinumad näited konvektsioonist looduses ja tehnikas
Looduses, igapäevaelus ja tehnikas vaadeldavate lihtsaimate ja arusaadavate näidete hulgast tuleks esile tõsta järgmist:
- liikumine majapidamises kasutatavate radiaatorite töötamise ajal;
- pilvede teke ja liikumine;
- tuule, mussoonide ja tuulte liikumise protsess;
- tektooniliste maaplaatide nihkumine;
- protsessid, mis viivad vaba gaasi moodustumiseni.
Toidu valmistamine
Üha enam realiseeritakse konvektsiooni nähtus kaasaegsetes kodumasinates, eriti ahjudes. Konvektsiooniga gaasiahi võimaldab küpsetada erinevaid roogasid üheaegselt erinevatel tasanditel erinevatel temperatuuridel. Samal ajal on maitsete ja lõhnade segunemine täielikult välistatud.
Õhkküte traditsioonilises ahjus toetub ühele põletile, mille tulemuseks on ebaühtlane soojusjaotus. Kuuma õhu voogude sihipärase liikumise tõttu spetsiaalse ventilaatori abil on konvektsioonahjus toidud mahlasemad ja küpsevad paremini. Sellised seadmed soojenevad kiiremini, mis vähendab toiduvalmistamiseks kuluvat aega.
Koduperenaistele, kes küpsetavad ahjus vaid paar korda aastas, ei saa loomulikult pöördõhufunktsiooniga kodumasinat nimetada hädavajalikuks seadmeks. Kuid neile, kes ei saa elada ilma kulinaarsete eksperimentideta, muutub selline seade köögis lihtsalt asendamatuks.
Loodame, et esitatud materjal oli teile kasulik. Kõike paremat!
Soojusvahetus- see on siseenergia muutmise protsess ilma keha või keha enda kallal tööd tegemata.
Soojusvahetus toimub alati teatud suunas: kõrgema temperatuuriga kehadest madalama temperatuuriga kehadele.
Kui kehatemperatuur ühtlustub, soojusvahetus peatub.
Soojusvahetust saab läbi viia kolmel viisil:
- soojusjuhtivus
- konvektsioon
- kiirgus
Soojusjuhtivus
Soojusjuhtivus- siseenergia ülekandumine ühest kehaosast teise või ühest kehast teise nende otsesel kokkupuutel.
Metallidel on suurim soojusjuhtivus- neil on seda sadu kordi rohkem kui vett. Erandiks on elavhõbe ja plii., kuid siin on soojusjuhtivus kümneid kordi suurem kui vee oma.
Kui metallist kudumisvarras kuuma veeklaasi alla lasti, läks üsna pea kuumaks ka varda ots. Järelikult saab siseenergiat, nagu igat tüüpi energiat, ühelt kehalt teisele üle kanda. Siseenergiat saab üle kanda ühest kehaosast teise. Näiteks kui küüne ühte otsa kuumutatakse leegis, kuumeneb selle teine ots, mis asub käes, järk-järgult ja põletab kätt.
Panni kuumutamine elektripliidil toimub soojusjuhtivuse kaudu.
Uurime seda nähtust, tehes katseseeria tahkete ainete, vedelike ja gaasidega.
Toome puupulga otsa tulle. See süttib. Pulga teine ots, mis asub väljas, on külm. Tähendab, puidul on halb soojusjuhtivus.
Toome õhukese klaaspulga otsa piirituslambi leegi juurde. Mõne aja pärast see soojeneb, kuid teine ots jääb külmaks. Seetõttu ja klaasil on halb soojusjuhtivus.
Kui kuumutame metallvarda otsa leegis, muutub varsti kogu varras väga kuumaks. Me ei saa seda enam käes hoida.
Tähendab, metallid juhivad hästi soojust, see tähendab, et neil on kõrge soojusjuhtivus. Suurima soojusjuhtivusega on hõbe ja vask.
Erinevate ainete soojusjuhtivus on erinev.
Vill, juuksed, linnusuled, paber, kork ja muud poorsed kehad on halva soojusjuhtivusega. See on tingitud asjaolust, et nende ainete kiudude vahel on õhk. Vaakum (õhust vabastatud ruum) on madalaima soojusjuhtivusega. Seda seletatakse asjaoluga, et soojusjuhtivus on energia ülekandumine ühest kehaosast teise, mis toimub molekulide või muude osakeste koosmõjul. Ruumis, kus pole osakesi, ei saa tekkida soojusjuhtivus.
Kui on vajadus kaitsta keha jahtumise või kuumenemise eest, siis kasutatakse madala soojusjuhtivusega aineid. Niisiis on pottide ja pannide käepidemed valmistatud plastikust. Majad on ehitatud palkidest või tellistest, millel on halb soojusjuhtivus, mis tähendab, et need on kaitstud jahtumise eest.
Konvektsioon
Konvektsioon on soojusülekande protsess, mis viiakse läbi energia ülekandmisel vedeliku või gaasi voogude kaudu.
Näide konvektsiooni nähtusest: küünlaleegi või lambipirni kohale asetatud väike paberist ratas hakkab tõusva kuumutatud õhu mõjul pöörlema. Seda nähtust saab seletada nii. Sooja lambiga kokkupuutuv õhk soojeneb, paisub ja muutub vähem tihedaks kui seda ümbritsev külm õhk. Archimedese jõud, mis mõjub soojale õhule külma õhu küljelt alt üles, on suurem kui gravitatsioonijõud, mis mõjub soojale õhule. Selle tulemusel kuumutatud õhk “hõljub”, tõuseb üles ja asemele tuleb külm õhk.
Konvektsiooni käigus edastatakse energiat gaasi- või vedelikujuga ise.
Konvektsiooni on kahte tüüpi:
- looduslik (või tasuta)
- sunnitud
Selleks, et vedelikes ja gaasides tekiks konvektsioon, tuleb neid altpoolt soojendada.
Konvektsioon ei saa toimuda tahketes ainetes.
Kiirgus
Kiirgus- elektromagnetkiirgus, mida kiirgab teatud temperatuuril asuva aine siseenergia tõttu.
Musta keha kriteeriumidele vastava objekti soojuskiirguse võimsust kirjeldab Stefan-Boltzmanni seadus.
Kirjeldatakse kehade emissiooni- ja neeldumisvõimete vahelist seost Kirchhoffi kiirgusseadus.
Energia ülekanne kiirgusega erineb teistest soojusülekande tüüpidest: see saab läbi viia täielikus vaakumis.
Energiat kiirgavad kõik kehad: nii tugevalt kui ka nõrgalt kuumutatud kehad, näiteks inimkeha, pliit, elektripirn jne. Kuid mida kõrgem on keha temperatuur, seda rohkem energiat see kiirgusega edasi annab. Sel juhul neelavad need kehad energia osaliselt ja peegelduvad osaliselt. Energia neeldumisel kuumenevad kehad sõltuvalt pinna seisundist erinevalt.
Tumeda pinnaga kehad neelavad ja kiirgavad energiat paremini kui heleda pinnaga kehad. Samas jahtuvad tumeda pinnaga kehad kiirguse toimel kiiremini kui heleda pinnaga kehad. Näiteks heledas veekeetjas püsib kuum vesi kõrgel temperatuuril kauem kui pimedas.
Kell sunnitud (sunnitud) konvektsioon aine liikumine on põhjustatud mingite välisjõudude (pump, ventilaatori labad jne) toimel. Seda kasutatakse juhul, kui loomulik konvektsioon ei ole piisavalt tõhus.
Konvektsiooni nimetatakse ka soojuse, massi või elektrilaengute ülekandmiseks liikuva keskkonna poolt.
Välimusest tingitud konvektsiooni tüübid
Vaata ka
Muud soojusülekande meetodid
Meteoroloogiline analoog
Lingid
- Konvektsioon (videotund, 8. klassi programm)
- Konvektsioon vedelikus (katset demonstreeriv video)
Wikimedia sihtasutus. 2010. aasta.
Sünonüümid:Vaadake, mis on "konvektsioon" teistes sõnaraamatutes:
Soojuse levik vedelates ja gaasilistes ainetes kuumutatud osakeste liigutamise teel. Vene keele võõrsõnade sõnastik. Chudinov A.N., 1910. Vedelike ja gaaside KONVEKTSIOONI kuumutamine, mis tekib liikumisel... ... Vene keele võõrsõnade sõnastik
KONVEKTSIOON, soojusülekanne vedelikega, kineetilise teooria järgi. Konvektsioon on vee või õhu organiseeritud ringliikumine, mis põhineb tiheduse termilistel muutustel ja gravitatsioonilisel külgetõmbejõul, mis eralduvad ... ... Teaduslik ja tehniline entsüklopeediline sõnastik
konvektsioon- ja f. konvektsioon f., inglise keel konvektsioon, saksa keel Konvektion lat. konvektsioon tarne lat. konvektaar tooma, tooma küllust. ES. Soojuse või elektrilaengute ülekandmine liikuva kandja abil. Soojuse konvektsioon. BAS 1. Konvektsiooni nähtusest... ... Vene keele gallicismide ajalooline sõnastik
KONVEKTSIOON- (ladina keelest convectio import, tarnimine), mis tahes substraadi enda liikumisega seotud atribuudi liikumine. Enamasti viitab see nimi soojusülekandele, mis on põhjustatud kuumutatud aine (vedeliku või gaasi) liikumisest. Vedelik, ...... Suur meditsiiniline entsüklopeedia
Konvektsioon- Konvektsioon. Konvektsioonivoolud, mis tekivad vee soojendamisel anumas. KONVEKTSIOON (ladinakeelsest sõnast convectio toomine, tarnimine), soojuse ülekandmine vedelikes, gaasides või granuleeritud keskkonnas selle aine voolude kaudu (millel on kõrgem temperatuur... Illustreeritud entsüklopeediline sõnaraamat
- (lat. convectio toomine, tarnimine), soojuse ülekandmine vedelikes, gaasides või graanulites voolude kaudu õhku. Loomulik (vaba) soojus tekib gravitatsiooniväljas vedelate või granuleeritud materjalide ebaühtlase kuumutamise (altkuumutamise) ajal. Kuumutatud sisse... Füüsiline entsüklopeedia
Vene sünonüümide liikuv sõnaraamat. konvektsioon nimisõna, sünonüümide arv: 4 autokonvektsiooni (1) ... Sünonüümide sõnastik
- (ladina keelest convectio, mis toob kohaletoimetamist), keskkonna (gaas, vedelik) makroskoopiliste osade liikumine, mis viib massi, soojuse ja muude füüsikaliste suuruste ülekandmiseni. Eristatakse looduslikku (vaba) konvektsiooni, mis on põhjustatud keskkonna heterogeensusest... ... Suur entsüklopeediline sõnaraamat
Vedeliku või gaasi masside liikumine keskkonna üksikute kohtade temperatuuride erinevuste ja vastavate tiheduste erinevuste tõttu. Geoloogiasõnaraamat: 2 köites. M.: Nedra. Toimetanud K. N. Paffengoltz jt 1978 ... Geoloogiline entsüklopeedia
konvektsioon- Soojusülekanne vedelikes, gaasides või granuleeritud keskkonnas ainevoolude kaudu [Ehitamise terminoloogiline sõnastik 12 keeles (VNIIIS Gosstroy of the USSR)] EN konvektsioon DE KonvektionWärmeströmung FR konvektsioon ... Tehniline tõlkija juhend
konvektsioon- Soojuse vertikaalse ülekandmise protsess ühest kohast teise, mis on põhjustatud vee või õhu temperatuuride ja tiheduse erinevustest... Geograafia sõnaraamat
Raamatud
- Rayleigh-Benard konvektsioon, A.V. Getling. Monograafias kirjeldatakse lühidalt, kuid süstemaatiliselt termilise konvektsiooni käigus tekkivate voolude struktuure ja dünaamikat altpoolt soojendatavas lamedas horisontaalses vedelikukihis - konvektsioon...
- Vedelate masside tasakaalu stabiilsus, laadimine, konvektsioon ja vastastikmõju elektriväljades, V. A. Saranin. Monograafia on pühendatud üsna paljude elektrohüdrodünaamika ja elektrifüüsika probleemide käsitlemisele. Põhitähelepanu pööratakse laetud vedelike tasakaalu stabiilsuse probleemidele,...
Konvektsioon on keskkonna (gaas, vedelik) makroskoopiliste osade liikumine, mis viib massi ja soojuse ülekandmiseni. Reaalsetes tingimustes kaasneb konvektsiooniga alati soojusjuhtivus ehk molekulaarne soojusülekanne. Nimetatakse soojusülekande kombineeritud protsessi konvektsiooni ja soojusjuhtivuse teel konvektiivne soojusvahetus. Tihti nimetatakse konvektiivset soojusvahetust vedeliku ja tahke aine vahel soojusülekanne. Konvektsiooni teel soojusülekande protsessi mõjutavad mitmed tegurid. 1. Vedeliku liikumise olemus tahke seina lähedal. Esinemise olemuse järgi eristatakse kahte tüüpi liikumist - vaba ja sunnitud. Vaba liikumine on liikumine, mis tekib vedeliku kuumutatud ja külmade osakeste tiheduse erinevuse tõttu gravitatsiooniväljas.
Kui see puutub kokku kuumutatud kehaga, siis vedelik (õhk) soojeneb, muutub kergemaks ja tõuseb ülespoole. Külma kehaga kokkupuutel vedelik jahtub, muutub raskemaks ja vajub alla. Vaba liikumist nimetatakse ka loomulikuks konvektsiooniks ja see võib toimuda piiratud (kanal, praod) või piiramatus ruumis. Vaba liikumise toimumise ja intensiivsuse määravad protsessi termilised tingimused ja need sõltuvad pinna asukohast (vertikaalne või horisontaalne), soojust eraldava pinna suunast (üles või alla), vedeliku tüübist, temperatuuride erinevus, gravitatsioonivälja tugevus ja ruumi maht, milles protsess toimub. Sunnitud liikumine on liikumine, mis toimub kõrvaliste stiimulite mõjul nagu pump, ventilaator jne. Üldjuhul võib koos sundliigutusega areneda samaaegselt ka vedeliku vaba liikumine.
Viimaste suhteline mõju on seda suurem, mida suurem on temperatuuride erinevus vedeliku üksikutes punktides ja seda väiksem on sundliikumise kiirus. Vedeliku sunnitud liikumine võib olla laminaarne või turbulentne. Laminaarses režiimis on voolul rahulik, ojalaadne iseloom ja turbulentses režiimis on liikumine korratu, keeris. Soojusülekande protsesside jaoks on vedeliku liikumise viis väga oluline. Vedeliku liikumise režiimi muutus toimub teatud "kriitilisel" kiirusel, mis on igal konkreetsel juhul erinev. Mis tahes tüüpi liikumisel õhukeses kihis pinna lähedal, viskoosse hõõrdumise tõttu on vedeliku vool aga pärsitud ja kiirus langeb nullini. Seda kihti nimetatakse tavaliselt viskoosseks alamkihiks.
Gaaside ja vedelike soojusülekande intensiivsuse määrab peamiselt selle alamkihi soojustakistus. Laminaarses režiimis toimub soojusülekanne seina suhtes normaalses suunas peamiselt piirdekihi soojusjuhtivuse kaudu. Turbulentses režiimis säilib soojusülekanne ainult viskoosses väikeses alamkihis ja turbulentses voolus toimub ülekanne vedelate osakeste intensiivsel segamisel. Laminaarse voolu stabiilsuse kadumisega kaasneb keeriste teke, mis difusiooni tõttu täidavad kogu voolu, põhjustades vedeliku tugevat segunemist, mida nimetatakse turbulentseks segunemiseks. Turbulentse liikumise korral on kogu vool küllastunud juhuslikult liikuvate keeristega, mis pidevalt tekivad ja kaovad.
Seejärel tuhmuvad ja kaovad keerised vedeliku viskoossuse tõttu järk-järgult. Mida rohkem keeriseid, seda intensiivsem on vedeliku segunemine, seda suurem on voolu turbulents ja suurem soojusülekanne Eristatakse looduslikku ja tehislikku turbulentsi. Esimene moodustub loomulikul teel vedeliku kuumutamise ja selle piki seina liikumise protsessis, kui alguses toimub laminaarne, rahulik liikumine, seejärel ebastabiilne, korratu ja seejärel keerisev ja turbulentne, koos keeriste eraldamisega seinast. Teine on põhjustatud kunstlikult pöörlevate labade, juhtlabade, restide ja muude seadmete paigaldamisest või voolust.
25. Jahutusvedelike liikumisviisid, nende kirjeldus, omadused, mõju soojusülekande protsessile.
Soojusvaheti (soojusvaheti) on seade, milles soojus kandub ühest keskkonnast teise. Soojusvahetuses osalevaid aineid nimetatakse jahutusvedelikeks. Jahutusvedelikuna võib kasutada erinevate ainete, gaaside, vedelike ja vedelate metallide auru. Soojust eraldavat ja kõrgema temperatuuriga jahutusvedelikku nimetatakse primaarseks ja madalama temperatuuriga soojust vastuvõtvat jahutusvedelikku sekundaarseks. Soojusvahetite põhiülesanne on soojusenergia ülekandmine mitme jahutusvedeliku vahel, mis seda seadet läbivad. Seadme konstruktsioon sõltub jahutusvedelike voolust ja nende vastastikusest geomeetriast. Suuna konfiguratsioone on mitu .
Vastuvool Vastuvoolu soojusvaheti on seade, mille jahutusvedelikud liiguvad üksteise suhtes paralleelselt. Sellist seadet peetakse tõhusaks temperatuurierinevuste kõige tõhusama kasutamise tõttu.
Paralleelne ühesuunaline vool. Soojusvaheti tüübi nimi räägib enda eest: jahutusvedelikud liiguvad ühes suunas, üksteisega paralleelselt. Kui rajatise projekteerimisel on oluline temperatuurierinevuste tõhus kasutamine, siis seda tüüpi seadmed ei sobi. Seda kasutatakse siis, kui on vaja soojust ülekandva seina ligikaudu sama temperatuuri.
Ristvool. See seade eeldab, et jahutusvedelikud liiguvad üksteise suhtes täisnurga all. Niisiis, esimene vool toimub torudes, mis kogutakse kimpu. Teine jahutusvedelik liigub nende torude vahel üldiselt nende teljega risti. Selline soojusvaheti jääb efektiivsuse poolest esimese ja teise ülalmainitud seadme vahele. Seadme eeliseks on lihtsam disain.
Mitmekäiguline vool torudes ja nendevahelises ruumis. Sama soojusvaheti saab konstrueerida nii, et see ühendaks vastuvoolu ja paralleelsete seadmete omadused. Selleks on vaja ette näha samas korpuses asuvate torude pöörlemine. Pöörete arv ei ole piiratud. Sama efekti saab saavutada ka sirgete torude kasutamisel, kui kasutate õigesti U-kujulisi torusid või serpentiinseid kollektoreid. Seega on seadme disain lihtne ja torude augud asuvad korpuse ühel küljel.
Üldine juhtum. Eespool on kirjeldatud eraldi jahutusvedelike liikumise võimalusi. Praktikas koosneb soojusvaheti mitme läbipääsuga meediumivoogudest, mis vastastikku läbistavad üksteist. Jahutusvedelike sisenemiseks ühispaaki on mitu sisenemispunkti ja sama palju väljumiskohti. Vedelik aparaadis võib voolata kolmemõõtmeliselt, kuid seal on suletud voolutoruga retsirkulatsioonitsoon.