Hva er tvungen konveksjon?

Konveksjon beskriver effekten av varme fra bevegelige væsker eller gasser på en fast gjenstand. Ved tvungen konveksjon blir strømmen av væske eller gass forbedret eller skapt kunstig. Vifter er en vanlig måte å tvinge gasser på, mens pumper ofte brukes med væsker. Tvangskonveksjon fungerer vanligvis raskere enn standard konveksjon.

Et enkelt eksempel på tvungen konveksjon ville være å smelte en isbit med varmt vann. En isbit vil smelte naturlig i et stille basseng med varmt vann. Naturlig konveksjon vil føre til at vannet rundt isbitene blir kjøligere og mindre effektive til å smelte isterningen etter hvert som prosessen skrider frem. Hvis varmt vann ble tvunget kontinuerlig over isterningen, ville vannet ikke avkjølt og isbitene smeltet mye raskere.

Effektiviteten av varmekonveksjon bestemmes av flere faktorer. Generelt, jo større det eksponerte området av overflaten som skal varmes opp, jo vanskeligere er det å varme. Derfor må strømmen av gass eller væske justeres tilsvarende. Dette oppnås ofte ved tilsetning av en kunstig kilde for å øke strømmen av væsker eller gass.

Hastigheten på konveksjonsstrømmen er også viktig. Generelt er raskere strømmer mer effektive. Vindkjøling er et godt eksempel på denne effektiviteten. En person som står i kraftig vind vil avkjøle seg raskere enn en i stillestående luft, fordi den varme huden blir utsatt for et større volum kald luft i løpet av en gitt tid.

Forskjell i temperatur påvirker også hastigheten som tvungen konveksjon oppstår. Overflater utsatt for en konveksjonsstrøm med mye høyere temperatur vil varme opp raskere. Varmekonveksjonen bremser når objektet nærmer seg temperaturen på strømmen.

Tykkere væsker og gasser er vanligvis mer effektive ved varmeoverføring. Dette er problematisk fordi mange tykkere gasser og væsker krever mer kraft for å opprettholde effektiv hastighet i en konveksjonsstrøm. Man må også passe på at væsken eller gassene forblir bevegelige når de avkjøles.

Selv om det primære fokuset for tvungen konveksjon ofte er gjenstanden som skal varmes opp eller avkjøles, er det viktig å huske at temperaturoverføringen går begge veier. Når en konveksjonsstrøm varmer opp en gjenstand, overføres objektets lavere temperatur til strømmen. Å bestemme temperaturendringen i både objektet og strømmen er viktig når du vurderer effektiviteten til den tvungen konveksjonsmetoden.

Varmeoverføringsanalyse er forhåndsformet enten manuelt eller av programvare. Det er mange variabler, men det er to primære indikasjoner på effektiviteten av en tvungen konverteringsmetode. Den første indikasjonen er temperaturøkningen i overflaten som skal varmes opp. Den andre indikasjonen er forskjellen i temperatur på konveksjonsstrømmen før og etter at den har passert over overflaten. Jo større forskjell, jo mer nyttig er konveksjonsmetoden.