На главную
Ваша корзина
  Объекты отопления Объекты отопления О компании О компании Купить обогреватель Купить обогреватель Услуги Услуги Вопросы о тепле Вопросы о тепле
Главная > Вопросы о тепле > Отопление > Теплообмен конвекцией.

Теплообмен конвекцией.

Существует три вида теплообмена:

Слово «конвекция» образовано от греческого слова convectio — доставка. Конвекция это процесс теплопередачи, осуществляемый путем переноса энергии потоками жидкости или газа.
конвекция это
Явление конвекции можно объяснить законом Архимеда и явлением теплового расширения тел. При повышении температуры объем жидкости возрастает, а плотность уменьшается. Под действием архимедовых сил менее плотная нагретая жидкость поднимается вверх, а более плотная холодная жидкость опускается вниз. Если же жидкость нагревать сверх, то менее плотная теплая жидкость там и останется и конвекция не возникнет.


Так устанавливается круговорот жидкости, сопровождающийся переносом энергии от нагретых участков к более холодным. Совершенно аналогичным образом возникает конвекция в газах.



На рисунке вы видите тень руки с зажженной спичкой. Волнистые тени над пламенем - это струйки поднимающегося теплого воздуха. Такие тени легко получаются на стене темной комнаты при освещении спички фонариком.


Такой процесс часто называется естественной конвекцией. Для ее возникновения требуется подогрев жидкости снизу (или охлаждение сверху), причем нагрев в разных участках должен быть неравномерным.

Кроме естественной конвекции, возможна и принудительная конвекция. При принудительной конвекции потоки нагретой (или охлажденной) жидкости или газа переносятся под действием насосов или вентиляторов. Такая конвекция используется в тех случаях, когда естественная конвекция оказывается недостаточно эффективной, а также в состоянии невесомости, когда естественная конвекция невозможна.

Явление возникновения струй или потоков в нагреваемых или охлаждаемых жидкостях и газах называется конвекцией. Кроме того, с точки зрения термодинамики конвекция – это способ теплопередачи, при котором внутренняя энергия переносится потоками неравномерно нагретых веществ.
Теплоообмен конвекцией часто встречается в быту. Например, отопительные батареи-радиаторы располагаются вблизи пола под подоконником. Поэтому нагреваемый ими воздух, поднимаясь вверх, смешивается с холодным воздухом, опускающимся от окна. В результате в комнате устанавливается почти равномерная температура. Этого не происходило бы, если бы батареи располагались у потолка. Конвективные потоки возникают и внутри кастрюль с жидкостями, которые нагреваются на кухонной плите. 

Явление конвекции весьма распространено в природе. Типичными примерами конвекции в атмосфере являются ветры, в частности бризы и муссоны. Нагреваясь над одними участками Земли и охлаждаясь над другими, воздух начинает циркулировать, перенося с собой энергию и влагу. Явление это весьма сложное. На процесс естественной конвекции накладывается ряд факторов, в частности суточное вращение Земли, рельеф местности, влияние морских течений и т. д. Но в основе ветрообразования лежит именно явление конвекции. Особенно прост и нагляден механизм возникновения берегового бриза. Днем суша прогревается быстрее воды, у которой теплоемкость очень велика. Поэтому температура суши выше температуры воды. Нагретый над сушей воздух поднимается вверх, на его место поступает холодный воздух с моря, и у поверхности Земли ветер дует с моря на берег. Ночью картина меняется на противоположную: земля быстрее остывает, вода сохраняет более высокую температуру, и ветер у поверхности Земли направлен с берега в сторону моря. 


С явлением конвекции связаны процессы горообразования. В первом приближении земной шар можно рассматривать как систему, состоящую из трех концентрических слоев. Внутри находится массивное ядро, состоящее в основном из металлов (железа, никеля и т. п.) в виде очень плотной жидкой массы. Радиус ядра равен примерно 3500 км. Ядро окружают полужидкая мантия и литосфера общей толщиной около 2900 км, состоящие из горных пород в твердом состоянии (слово «литосфера» образовано от греческого lithos — камень и sphaira — шар). Самый верхний слой литосферы, толщиной в среднем 60—70 км,— это земная кора. Литосфера состоит из отдельных плит, которые как бы плавают на поверхности мантии. Дело в том, что вещество мантии находится под колоссальным давлением литосферы и приобретает за счет этого свойства очень вязкого, но все же текучего вещества. Вследствие неравномерного разогрева отдельных участков мантии, а также разной плотности горных пород в разных участках мантии в ней возникают конвективные потоки. Они вызывают перемещения литосферных плит, несущих континенты и ложа океанов. Там, где литосферные плиты расходятся, возникают океанические впадины. В других местах, где плиты сталкиваются и одна из них наползает на другую, образуются горные массивы. При этом возникают неустойчивые участки с очень болыними напряжениями — сейсмические зоны. При переходе этих участков в более устойчивое состояние происходят землетрясения. Вещество мантии обладает колоссальной вязкостью, поэтому скорость перемещения конвективных потоков в мантии очень мала. Соответственно мала и скорость перемещения литосферных плит (около 2—3 см за год). Однако за геологические эпохи порядка десятков миллионов лет литосферные плиты могут переместиться на сотни и тысячи километров.

С явлением конвекции связаны процессы  глобальной циркульции атмосферных масс воздуха. Все ветры вызваны конвекционными потоками, возникающими из-за того, что большая часть энергии Солнца попадает на Землю вблизи экватора. Когда воздух нагревается, он расширяется и поднимается, а взамен к экватору устремляется поток более холодного и плотного воздуха. Так образуется ветер.

 С явлением конвекции связаны процессы парения птиц и планеро. Разные участки земной поверхности нагреваются неодинаково. Из-за этого неодинаково нагревается и воздух у поверхности. Более теплые и менее плотные массы воздуха создают восходящие потоки, в которых могут долго парить птицы и планеры.  Мастерство планериста заключается в умении находить такие потоки и с их помощью преодолевать большие расстояния. 

С явлением конвекции связаны процесс  дымообразования из труб и кратеров вулкано. Дым  из печной трубы  или кратера вулкана имеет высокую температуру и низкую плотность, поэтому поднимается вверх. По мере остывания дым может  снова опускаться в нижние слои атмосферы. Вот почему трубы, через которые выбрасываются вредные вещества, стараются делать как можно более высокими.

С явлением конвекции связаны процесс  охлаждение продуктов вхолодильнике. Газ фреон, циркулирующий по трубкам холодильника,  охлаждает воздух в верхней части холодильной камеры. Холодный воздух, опускаясь, охлаждает продукты, а затем снова поднимается вверх. Раскладывая продукты в холодильнике, старайтесь не затруднять циркуляцию воздуха. Решетка сзади холодильника предназначается для отвода тепла, образующегося при сжатии газа в компрессоре.  Механизм ее охлаждения также конвективный, поэтому надо оставлять пространство за холодильником свободным для конвективных потоков. С явлением конвекции связана работа отопительной системы дома. Отопительная система жилого дома также работает с помощью конвекции. Горячая вода, поступающая в дом, или нагретая в котле, поднимается вверх, а затем спускается по трубам и распределяется по жилым помещениям,  отдавая тепло в радиаторах или конвекторах.
конвективное отопление дома




Конвективное отопление 
Конвективный теплообмен



  Карта сайта   Контакты   Поиск   Форум    При использовании материалов ссылка на сайт обязательна 
      Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100 Бумага Обогревателиinfo@oteple.ru