Co to jest wymuszona konwekcja?

Konwekcja opisuje wpływ ciepła płynących płynów lub gazów na ciało stałe. W wymuszonej konwekcji przepływ płynu lub gazu jest wzmacniany lub wytwarzany sztucznie. Wentylatory są powszechnym sposobem wymuszania gazów, podczas gdy pompy są często używane z płynami. Konwekcja wymuszona zwykle działa szybciej niż konwekcja standardowa.

Prostym przykładem wymuszonej konwekcji byłoby stopienie kostki lodu z ciepłą wodą. Kostka lodu stopi się naturalnie w spokojnej kałuży ciepłej wody. Naturalna konwekcja spowodowałaby, że woda wokół kostki lodu stawałaby się chłodniejsza i mniej wydajna w topieniu kostki lodu w miarę postępu procesu. Gdyby ciepła woda była ciągle przepychana przez kostkę lodu, woda nie ochłodzi się, a kostka lodu stopi się znacznie szybciej.

Wydajność konwekcji cieplnej zależy od kilku czynników. Zasadniczo im większy odsłonięty obszar ogrzewanej powierzchni, tym trudniej jest ją ogrzać. Dlatego strumień gazu lub płynu należy odpowiednio dostosować. Często osiąga się to przez dodanie sztucznego źródła w celu zwiększenia przepływu cieczy lub gazu.

Ważna jest również prędkość strumienia konwekcyjnego. Ogólnie rzecz biorąc, szybsze strumienie są bardziej wydajne. Chłód wiatrowy jest dobrym przykładem tej wydajności. Osoba stojąca przy silnym wietrze ostygnie szybciej niż osoba stojąca w stagnacji, ponieważ ciepła skóra jest narażona na większą objętość zimnego powietrza w danym czasie.

Różnica temperatur wpływa również na szybkość wymuszonej konwekcji. Powierzchnie narażone na prąd konwekcyjny o znacznie wyższej temperaturze nagrzewają się szybciej. Konwekcja cieplna zwalnia, gdy obiekt zbliża się do temperatury prądu.

Gęstsze płyny i gazy są zwykle bardziej skuteczne w przenoszeniu ciepła. Jest to problematyczne, ponieważ wiele grubszych gazów i płynów wymaga więcej siły, aby utrzymać efektywną prędkość w prądzie konwekcyjnym. Należy również zadbać o to, aby płyn lub gazy pozostawały ruchome podczas schładzania.

Chociaż głównym celem wymuszonej konwekcji jest często obiekt do ogrzania lub schłodzenia, należy pamiętać, że przenoszenie temperatury przebiega w obie strony. Gdy strumień konwekcyjny ogrzewa obiekt, niższa temperatura obiektu jest przenoszona do strumienia. Określenie zmiany temperatury w obiekcie i strumieniu jest ważne przy ocenie skuteczności metody wymuszonej konwekcji.

Analiza wymiany ciepła przeprowadzana jest ręcznie lub programowo. Istnieje wiele zmiennych, ale istnieją dwa podstawowe wskaźniki skuteczności metody wymuszonej konwersji. Pierwszym wskazaniem jest wzrost temperatury na ogrzewanej powierzchni. Drugim wskazaniem jest różnica temperatur strumienia konwekcyjnego przed i po jego przejściu przez powierzchnię. Im większa różnica, tym bardziej przydatna jest metoda konwekcyjna.