Введение
Принудительная конвекция – это механизм или тип теплопередачи, при котором движение жидкости создается внешним источником (например, насосом, вентилятором, устройством для создания разрежения и т.п.). Наряду с естественной конвекцией, тепловым излучением и теплопроводностью, это один из способов передачи тепла, позволяющий эффективно транспортировать значительные количества тепловой энергии.
Forced convection is a mechanism, or type of transport, in which fluid motion is generated by an external source (like a pump, fan, suction device, etc.). Alongside natural convection, thermal radiation, and thermal conduction it is one of the methods of heat transfer and allows significant amounts of heat energy to be transported very efficiently.
Приложения
Этот механизм очень часто встречается в повседневной жизни, включая системы центрального отопления, кондиционирования воздуха, паровые турбины и множество других машин. Инженеры часто сталкиваются с вынужденной конвекцией при проектировании или анализе теплообменников, течения в трубах и обтекания пластины, температура которой отличается от температуры потока (например, как в случае крыла космического корабля при повторном входе в атмосферу).
Смешанная конвекция
В любой ситуации вынужденной конвекции некоторое количество естественной конвекции всегда присутствует при наличии гравитационных сил (то есть, если система не находится в инерциальной системе отсчета или в состоянии свободного падения). Когда естественная конвекция существенна, такие течения обычно называют конвекцией смешанного типа.
Математический анализ
При анализе потенциально смешанной конвекции параметр, называемый числом Архимеда (Ar), определяет относительную значимость свободной и вынужденной конвекции. Число Архимеда – это отношение числа Грашофа к квадрату числа Рейнольдса, представляющее собой отношение силы плавучести к силе инерции и отражающее вклад естественной конвекции. При Ar ≫ 1 доминирует естественная конвекция, а при Ar ≪ 1 – вынужденная. Когда естественная конвекция не играет существенной роли, математический анализ, основанный на теориях вынужденной конвекции, обычно даёт точные результаты. Важным параметром при вынужденной конвекции является число Пекле, которое представляет собой отношение переноса тепла посредством адвекции (движения потоками) к переносу посредством диффузии (движения от областей с высокой концентрацией к областям с низкой концентрацией). Если число Пекле значительно больше единицы (1), адвекция преобладает над диффузией. И наоборот, значительно меньшие значения указывают на более высокую скорость диффузии по сравнению с адвекцией.