Вільна (природна) конвекція

Перенесення маси в результаті переміщення суцільного середовища (газу, рідини) в результаті наявності різниці температур або концентрацій домішки

Конвекція (перемішування) - перенесення різному нагрітих частин в рідинах або газах в полі сили тяжіння. За допомогою конвекції відбувається теплообмін шляхом переміщення матеріальних частинок. При природної конвекції переміщення речовини відбувається виключно внаслідок різниці температур в різних місцях середовища і викликаного ним відмінності щільності. Вільна конвекція виникає в полі сили тяжіння при нерівномірному нагріванні (нагріванні знизу) текучих речовин.

Вільно конвективні течії виникають внаслідок змін щільності, обумовлених процесами тепло- або масообміну в поле гравітаційних сил. Різниця щільності створює виштовхуючу силу, під дією якої виникає течія. При охолодженні нагрітого тіла навколишнім повітрям такий перебіг спостерігається в області, навколишнього тіло. До природної конвекції відносять також обумовлені виштовхує силою течії при відведенні теплоти в атмосферу або іншу навколишнє середовище, циркуляцію в нагрітих приміщеннях, в атмосфері або водоймах, течії, пов'язані з виштовхує силою.

Нагріте речовина під дією Архимедовой сили переміщається відносно менш нагрітого речовини в напрямку, протилежному напрямку сили тяжіння.

Конвекція призводить до вирівнювання температури речовини.

При природної конвекції інтенсивність перенесення теплоти пропорційна різниці температур D T різних частин середовища, коефіцієнту об'ємного розширення D V. напруженості силового поля g (гравітаційного або сил інерції).

Природна конвекція широко поширена в природі: в нижньому шарі земної атмосфери, в океані, в надрах Землі, в зірках. Конвективні потоки призводять до виникнення таких атмосферних явищ, як вітер, урагани, циклони.

В умовах невагомості конвективні потоки зникають, так як зникає підтримуюча сила. Тому, наприклад, в умовах невагомості неможливо горіння (якщо не забезпечена штучна тяга); продукти горіння не будуть видалені з полум'я, і ​​воно гасне внаслідок нестачі кисню.

Час ініціації (log t o від -2 до -2);

Час існування (log t c від 6 до 6);

Час деградації (log t d від 0 до 0);

Час оптимального прояви (log t k від 0 до 0).

Технічні реалізації ефекту

Технічною реалізацією є батареї опалення, які за рахунок природної конвекції обігрівають приміщення. Часто природна конвекція використовується для руху води в трубах опалення.

У деяких технічних завданнях навпаки потрібно придушити природну конвекцію для зменшення теплових втрат.

Так одним із завдань при проектуванні сонячних колекторів є зменшення теплових втрат через прозору ізоляцію. Для придушення руху в просторі між двома пластин, одна з яких нагріта, вказане простір заповнюється ніздрюватим матеріалом. При відсутності руху середовища теплообмін між пластинами здійснюється тільки шляхом теплопровідності.

Для виключення теплообміну за рахунок конвекції можуть використовуватися прозорі аерогелі (аерогелі або ксерогелі - тендітні мікропористі тіла, які виходять висушуванням гелів - структурованих колоїдних систем з рідким дисперсійним середовищем). Вони складаються з дуже дрібних частинок двоокису кремнію і мікропор, розміри яких менше, ніж середня довжина пробігу молекул повітря.

Вивчення процесів природної конвекції має велике значення в зв'язку з проблемою скидання або відведення теплоти в багатьох приладах, процесах і системах. Природна конвекція істотно впливає на граничні значення теплових потоків, від неї залежить безпека експлуатації в умовах, коли звичайні способи відведення теплоти непридатні та видалення виділяється системою теплоти проводиться шляхом природної конвекції, що має велике значення в багатьох електронних приладах і енергетичних установках.

Поширеним видом опалювальних приладів є конвектори, в яких майже вся теплота від теплоносія в опалювальне приміщення передається конвекцією. Найбільш поширені конвектори з обребренних труб, по яких проходить гаряча вода або пар, труби укладені в кожухи з отворами внизу і нагорі для проходу повітря.

Воздухонагреватель (рис. 1) призначений для підігріву повітря і для дуття при роботі доменної печі.

Він являє собою циліндричний корпус, перекритий куполом 4, футерований вогнетривом і забезпечений термоізоляцією. Внутрішній його обсяг розділений на дві частини: одна - шахта 5 для горіння з пальником для доменного газу 3, іншу займає набивка 1.

Набивання складається з металевих гофрованих і рифлених стрічок, намотаних на дерев'яний сердечник так, щоб жолобки рифлення, накладаючись один на одного під кутом, утворювали вузькі проходи трикутного перетину.

У режимі нагріву набивання продукти згоряння від пальника піднімаються вгору, під куполом переходять через огороджувальну камеру і надходять в набивання, омиваючи її зверху вниз у вертикальному напрямку.

У режимі дуття холодний газ, заповнюючи цей же простір, забирає теплову енергію, накопичену набиванням в режимі нагріву. Нагрітий газ надходить в повітропровід гарячого дуття 2.

2. Конвекція. Фізичний енциклопедичний словник М. Изд-во сов. енциклопедія, 1962.- Т.2.- с.436.

• конвекція
• конвективний теплообмін
• теплообмін
• перенесення тепла
• перенесення речовини
• потік тепла
• перенесення речовини

Розділи природничих наук: