Hvad er tvungen konvektion?
Konvektion beskriver virkningen af varme fra bevægende væsker eller gasser på en fast genstand. Ved tvungen konvektion forbedres eller skabes strømmen af væske eller gas kunstigt. Ventilatorer er en almindelig måde at tvinge gasser på, mens pumper ofte bruges med væsker. Tvangskonvektion fungerer normalt hurtigere end standardkonvektion.
Et simpelt eksempel på tvungen konvektion ville være at smelte en isterning med varmt vand. En isterning smelter naturligt i en stadig pool af varmt vand. Naturlig konvektion ville resultere i, at vandet omkring isterningen bliver køligere og mindre effektiv til at smelte isen, når processen skrider frem. Hvis der kontinuerligt tvinges varmt vand hen over isterningen, ville vandet ikke køle af, og isterningen smelte meget hurtigere.
Effektiviteten af varmekonvektion bestemmes af flere faktorer. Generelt, jo større det eksponerede område af overfladen, der skal opvarmes, desto vanskeligere er det at varme. Derfor skal strømmen af gas eller væske justeres i overensstemmelse hermed. Dette opnås ofte ved tilsætning af en kunstig kilde for at øge strømmen af væsker eller gas.
Konvektionsstrømmens hastighed er også vigtig. Generelt er hurtigere strømme mere effektive. Vindafkøling er et godt eksempel på denne effektivitet. En person, der står i kraftig vind, vil køle hurtigere end en i stillestående luft, fordi den varme hud udsættes for et større volumen kold luft inden for et givet tidspunkt.
Forskel i temperatur påvirker også hastigheden, hvormed tvungen konvektion finder sted. Overflader, der udsættes for en konvektionsstrøm med en meget højere temperatur, varmes hurtigere. Varmekonvektion bremser, når objektet nærmer sig strømmen.
Tykkere væsker og gasser er normalt mere effektive ved varmeoverførsel. Dette er problematisk, fordi mange tykkere gasser og væsker kræver mere kraft for at opretholde effektiv hastighed i en konvektionsstrøm. Man skal også passe på, at væsken eller gasserne forbliver mobile, når de afkøles.
Selvom det primære fokus for tvungen konvektion ofte er genstanden, der skal opvarmes eller afkøles, er det vigtigt at huske, at temperaturoverførslen går begge veje. Når en konvektionsstrøm opvarmer et objekt, overføres objektets lavere temperatur til strømmen. Bestemmelse af temperaturændringen i både objektet og strømmen er vigtig, når man vurderer effektiviteten af den tvungen konvektionsmetode.
Varmeoverførselsanalyse udformes enten manuelt eller med software. Der er mange variabler, men der er to primære indikationer på effektiviteten af en tvungen konverteringsmetode. Den første indikation er temperaturstigningen i overfladen, der skal opvarmes. Den anden indikation er forskellen i temperatur på konvektionsstrømmen før og efter at den er passeret over overfladen. Jo større forskel, jo mere nyttig er konvektionsmetoden.