Конвективний теплообмін - це

процес перенесення тепла, що відбувається в рухомих текучих середовищах (рідинах або газах) і обумовлений спільною дією двох механізмів перенесення тепла - власне конвективного перенесення і теплопровідності (Див. Теплопровідність). Таким чином, в разі К. т. Поширення тепла в просторі здійснюється за рахунок перенесення тепла при переміщенні плинного середовища з області з більш високою температурою в область з меншою температурою, а також за рахунок теплового руху мікрочастинок та обміну кінетичної енергією між ними. У зв'язку з тим, що для неелектропровідних середовищ інтенсивність конвективного перенесення дуже велика в порівнянні з теплопровідністю, остання при ламінарному плині (Див. Ламінарний плин) грає роль лише для перенесення тепла в напрямку, поперечному перебігу середовища. Роль теплопровідності при К. т. Більш значна при русі електропровідних середовищ (наприклад, рідких металів). В цьому випадку теплопровідність істотно впливає і на перенесення тепла в напрямку руху рідини. При турбулентному плині (Див. Турбулентний плин) основну роль в процесі перенесення тепла впоперек потоку грає пульсаційне переміщення турбулентних вихорів впоперек течії рідини. Участь теплопровідності в процесах До т. Приводить до того, що на ці процеси роблять істотний вплив теплофізичні властивості середовища: коефіцієнт теплопровідності, Теплоємність. Густина .

У зв'язку з тим, що в процесах До т. Важливу роль грає конвективний перенос, ці процеси повинні значною мірою залежати від характеру руху рідини, тобто від значення і напряму швидкості середовища, від розподілу швидкостей в потоці, від режиму руху рідини ( ламінарний плин або турбулентний). При великих (надзвукових) швидкостях руху газу на процеси К. т. Починає впливати розподіл тиску в потоці. Якщо рух рідини обумовлений дією деякого зовнішнього спонукача (насоса, вентилятора, компресора і т.п.), то такий рух називають вимушеним, а що відбувається при цьому процес К. т. - вимушеною конвекцією. Якщо рух рідини викликано наявністю неоднорідного поля температури, а отже, і неоднорідною щільності в середовищі, то такий рух називають вільним або природним, а процес К. т. - вільної або природною конвекцією. На практиці зустрічаються і такі випадки, коли доводиться враховувати як вимушену, так і вільну конвекцію (Див. Конвекція).

Найбільш цікавим з точки зору технічних додатків випадком К. т. Є конвективна тепловіддача, тобто процес двох К. т. Протікає на кордоні розділу двох фаз (твердої і рідкої, твердої і газоподібної, рідкої і газоподібної). При цьому завдання розрахунку полягає в знаходженні щільності теплового потоку на межі розділу фаз, тобто величини, яка б показала, скільки тепла отримує або віддає одиниця поверхні розділу фаз за одиницю часу. Крім зазначених вище факторів, що впливають на процес К. т. Щільність теплового потоку залежить також від форми і розмірів тіла, від ступеня шорсткості поверхні, а також від температур поверхні і теплоотдающей або теплосприймаючої середовища.

Для опису конвективної тепловіддачі використовується формула:

де qcт- щільність теплового потоку на поверхні, вт / м 2; α - коефіцієнт тепловіддачі, Вт / (м 2 ∙ ° С); T0 і Тст - температури середовища (рідини або газу) і поверхні відповідно. Величину T0 -Тст часто позначають Т і називається температурним напором (Див. Температурний напір). Коефіцієнт тепловіддачі α характеризує інтенсивність процесу тепловіддачі; він зростає при збільшенні швидкості руху середовища і при переході від ламінарного режиму руху до турбулентного у зв'язку з інтенсифікацією конвективного переносу. Він також завжди більше для тих середовищ, у яких вище коефіцієнт теплопровідності. Коефіцієнт тепловіддачі істотно підвищується, якщо на поверхні відбувається фазовий перехід (наприклад, випаровування або конденсація), завжди супроводжується виділенням (поглинанням) прихованої теплоти. На значення коефіцієнт тепловіддачі сильний вплив робить Массообмен на поверхні.

Основний і найбільш важкою проблемою в розрахунках процесів конвективної тепловіддачі є знаходження коефіцієнта тепловіддачі α. Сучасні методи опису процесу К. т. Засновані на теорії прикордонного шару (Див. Прикордонний шар), дозволяють отримати теоретичні (точні або наближені) рішення для деяких досить простих ситуацій. У більшості ж зустрічаються на практиці випадків коефіцієнт тепловіддачі визначають експериментальним шляхом. При цьому як результати теоретичних рішень, так і експериментальні дані обробляються методами подібності теорії (Див. Подібності теорія) і представляються зазвичай в наступному безрозмірному вигляді: Nu = f (Re, Pr) - для вимушеної конвекції і Nu = f (Gr, Pr) - для вільної конвекції,

де Nu = Грассхофа число, що характеризує співвідношення архімедівських сил, сил інерції і внутрішнього тертя в потоці (g - прискорення вільного падіння, β - термічний коефіцієнт об'ємного розширення).

Процеси К. т. Надзвичайно широко поширені в техніці (енергетиці, холодильній техніці, ракетній техніці, металургії, хімічної технології), а також в природі (перенесення тепла в атмосфері, в морях і океанах).

Літ .: Еккерт Е.-Р. Дрейк Р.-М. Теорія тепло- і масообміну, пер. з англ. М. - Л. 1961; Гухман А. А. Застосування теорії подібності до дослідження процесів тепло- і масообміну (Процеси перенесення в рухомому середовищі), М. 1967; Ісаченко В. П. Осипова В. А. Сукомел А. С. Теплопередача, М. 1969.