Что такое конвекционное охлаждение?

Конвекционное охлаждение - это любая передача тепла, которая происходит от движения жидкости. Как жидкости, так и газы могут проявлять конвекционное охлаждение, и эффект может быть естественным или принудительным. Естественное охлаждение происходит за счет теплопередачи из-за изменений плотности жидкости, таких как подъем горячего воздуха и понижение холодного воздуха. Принудительная конвекция возникает, когда для перемещения жидкости добавляется любая внешняя сила, такая как вентилятор, движущийся воздух, или ложка, перемешивающая жидкость.

Теплопередача происходит главным образом от проводимости и конвекции. Проводимость - это передача тепла через любой материал, без движения материала. Пример проводимости - металлическая кастрюля, нагретая пламенем на газовой плите. Газовое пламя нагревает нижнюю часть поддона, и проводимость будет передавать тепло остальной части поддона. Когда тепло отключается, конвекция охлаждает кастрюлю по мере передачи тепла и поднимается над воздухом вокруг кастрюли.

Естественное конвекционное охлаждение происходит в атмосфере Земли и океанов. Воздух нагревается от потепления земли и поднимается. Когда воздух поднимается, он охлаждается и возвращается на поверхность, создавая глобальную циркуляцию воздуха и погодные условия. Океанские течения несут теплую воду в более холодные океаны и более холодные раковины и перемещаются в более теплые регионы. Солнечный свет добавляет энергию, нагревая воздух или воду, а вращение Земли придает некоторую энергию, но движение считается естественным, а не вынужденным.

Конвекционное охлаждение происходит и внутри Земли. Расплавленное ядро, нагретое распадом радиоактивных элементов, поднимается к внешней коре нашей планеты. Конвекция охлаждает расплавленный материал сердцевины, и он медленно движется обратно к центру. Это движение заставляет наши континенты медленно перемещаться поверх расплавленного ядра, это явление называется движением тектонических плит.

Принудительное охлаждение распространено в домах и на предприятиях. Системы кондиционирования и отопления использовали принудительную конвекцию воздуха для передачи тепла внутрь или наружу здания. Вентиляторы внутри электронного оборудования использовали принудительное конвекционное охлаждение для перемещения воздуха над электронными компонентами. В холодильных системах используются вентиляторы как для отвода тепла от змеевиков конденсатора, так и для охлаждения компрессора и перемещения воздуха внутри холодильной камеры.

Вентиляторы на протяжении веков демонстрировали конвекционные эффекты. С изобретением электричества, электродвигатели могли быть использованы для привода настольных и потолочных вентиляторов. С конца 20-го века доступны сложные потолочные вентиляторы с термостатами для автоматического управления их функциями. Все они полагаются на один и тот же принцип охлаждения человеческого тела путем перемещения воздуха через кожу.

Конвекция может сочетаться с испарением для улучшения эффективности охлаждения. Системы испарительного охлаждения, в которых для охлаждения внутреннего пространства используется принудительный воздух, пропускаемый через влажную испарительную подушку, популярны в областях с очень низкой влажностью. Эти системы охлаждают внутреннее пространство, отводя тепло из поступающего воздуха путем испарения. Полученный воздушный поток холоднее, но содержит больше влаги. Испарительные системы не работают хорошо в областях с более высокой относительной влажностью, потому что охлаждение не будет происходить, и внутренняя часть может стать довольно влажной.