Что такое вынужденная конвекция
Конвекция
Конве́кция (от лат. convectio — принесение, доставка)
перенос теплоты в жидкостях, газах или сыпучих средах потоками вещества. Различают естественную, или свободную, и вынужденную К.
Естественная К. возникает при неравномерном нагреве (нагреве снизу) текучих или сыпучих веществ, находящихся в поле силы тяжести (или в системе, движущейся с ускорением). Вещество, нагретое сильнее, имеет меньшую плотность и под действием архимедовой силы FA перемещается относительно менее нагретого вещества. Сила FA = Δρ∙V (Δρ — разность плотностей нагретого вещества и окружающей среды, V — объём нагретого вещества). Направление силы FA, а следовательно, и К. для нагретых объёмов вещества противоположно направлению силы тяжести. К. приводит к выравниванию температуры вещества. При стационарном подводе теплоты к веществу в нём возникают стационарные конвекционные потоки, переносящие теплоту от более нагретых слоев к менее нагретым. С уменьшением разности температур между слоями интенсивность К. падает. При высоких значениях теплопроводности и вязкости среды К. также оказывается ослабленной. На К. ионизованного газа (например, солнечной плазмы) существенно влияет магнитное поле и состояние газа (степень его ионизации и т.д.). В условиях невесомости естественная К. невозможна.
При вынужденной К. перемещение вещества происходит главным образом под воздействием какого-либо устройства (насоса, мешалки и т.п.). Интенсивность переноса теплоты здесь зависит не только от перечисленных выше факторов, но и от скорости вынужденного движения вещества.
К. широко распространена в природе: в нижнем слое земной атмосферы (см. Конвекция в атмосфере), морях и океанах (см. Конвекция в океане), в недрах Земли, на Солнце (в слое до глубины
20—30% радиуса Солнца от его поверхности) и т.д. С помощью К. осуществляют охлаждение или нагревание жидкостей и газов в различных технических устройствах (см. Конвективный теплообмен).
в атмосфере, вертикальные перемещения объёмов воздуха с одних высот на другие, обусловленные архимедовой силой: воздух более тёплый и, следовательно, менее плотный, чем окружающая среда, перемещается вверх, а воздух более холодный и более плотный — вниз. При слабом развитии К. имеет беспорядочный, турбулентный характер. При развитой К. над отдельными участками земной поверхности возникают восходящие и нисходящие токи воздуха, пронизывающие атмосферу иногда до высот стратосферы (проникающая К.). Вертикальная скорость восходящих токов (термиков) при этом обычно порядка нескольких м/сек, по иногда может превышать 20—30 м/сек. С проникающей К. обычно связано образование облаков К. — кучевых и кучево-дождевых (грозовых).
Развитие К. зависит от распределения температуры в атмосфере по высоте. Восходящий воздух поднимается до тех пор, пока его температура остаётся выше температуры окружающего воздуха; нисходящий воздух, в свою очередь, опускается, пока он холоднее окружающего воздуха. Но восходящий воздух вследствие расширения охлаждается на 1 °С на 100 м подъёма (пока в нём не началась конденсация) — так называемый сухоадиабатический градиент, а после начала конденсации (образования облаков), сопровождающейся выделением скрытой теплоты, — на переменную величину в несколько десятых долей градуса на 100 м подъёма (так называемый влажноадиабатический градиент). Поэтому для поддержания К. нужно, чтобы вертикальный градиент температуры в атмосферном столбе был больше сухоадиабатического градиента до уровня, на котором начинается конденсация, и больше влажнодиабатического над этим уровнем, т. е. атмосфера должна обладать неустойчивой стратификацией (см. Стратификация атмосферы). Такие условия создаются летом в воздухе над прогретой сушей и во все времена года в воздухе, движущемся с более холодной на более тёплую поверхность. Слои с малыми вертикальными градиентами температуры, особенно с инверсиями температуры (См. Инверсии температуры), являются для К. задерживающими слоями.
Лит.: Матвеев Л. Т., Основы общей метеорологии, Л., 1965; Шметер С. М., Физика конвективных облаков, Л., 1972.
в океане, вертикальное движение воды, вызванное изменением её плотности в результате изменения температуры или солёности. Если плотность воды однородна по горизонтали и с глубиной возрастает, то вода находится в равновесии. В противном случае начинается опускание более плотной воды до глубины, на которой плотность опустившейся воды станет равной плотности окружающих вод. К. ведёт к перемешиванию и выравниванию по вертикали физических и химических характеристик воды, обогащению кислородом нижележащих слоев и т.д. В придонных областях океана (в частности, в глубоководных впадинах) могут иметь место случаи уменьшения плотности с глубиной, например за счёт геотермического притока тепла из недр Земли. В ряде случаев это уменьшение плотности с глубиной сопровождается К., охватывающей значительную толщу придонных вод (порядка нескольких сотен м по вертикали),
Большую роль в режиме океана играет К. в период осенне-зимнего охлаждения (так называемая зимняя вертикальная циркуляция), так как в этот период К. распространяется на большие глубины, а в отдельных субтропических и тропических морях с большой солёностью воды — до дна (Средиземное море, Красное море, Персидский залив), Поскольку благодаря К. зимой в океане непрерывно происходит подъём к поверхности более тёплых вод с глубин, климат прилегающих стран смягчается.
Естественная и принудительная конвекция
Не нашли что искали?
Просто напиши и мы поможем
В отличие от естественной конвекции, принудительная происходит посредством внешних сил, обеспечивающих перенос рабочего вещества (насосом или вентилятором). Она применяется в том случае, когда естественной конвекции недостаточно для достижения необходимого эффекта.
Естественная конвекция
Изучение естественной конвекции, ее процессов и свойств имеет очень важное значение для стабильной работы многих технических систем, так как это напрямую связано с отводом тепловой энергии. В случае, когда обычные способы сброса избыточного тепла являются недостаточно эффективными, применяются принудительную конвекцию.
Самыми распространенными отопительными приборами являются конвекторы, в которых основная часть теплоносителя подается как раз посредством конвекции, например конвекторы из оребренных труб, по которым перемещается теплоноситель. Сама труба заключается в специальный кожух с отверстиями для прохода воздуха.
Привычные всем радиаторы отопления совмещают в себе принципы естественной и принудительной конвекции. Внутри радиаторов теплоноситель перемещается принудительно, но обогрев непосредственно самого помещения происходит посредством естественных процессов.
Тем не менее, в некоторых случаях необходимо подавлять естественную конвекцию, чтобы снизить потери тепла. Это, к примеру, происходит в солнечных коллекторах, когда снижение теплопотерь через прозрачную изоляцию является первостепенной задачей.
Сложно разобраться самому?
Попробуй обратиться за помощью к преподавателям
Еще одним широко используемым в быту и промышленности прибором, основанным на принципе конвекции, является воздухонагреватель. Его используют не только для обогрева помещений, но также для продувки доменных печей и других целях. Когда воздухонагреватель работает в режиме нагрева, продукты сгорания устремляются вверх и попадает в коллектор. В режиме продувки холодный воздух забирает тепловую энергию, аккумулирующуюся в коллекторе, после чего сам нагревается и направляется в воздухопровод, где и используется в различных целях.
Вынужденная конвекция
Когда происходит процесс течения жидкости, то непосредственно к поверхности твердого тела образуется пограничный неподвижный слой. Теплота передается через этот слой путем теплопроводности. плотность теплового потока через пограничный слой пропорциональна разности температур жидкости и поверхности тела
Не нашли нужную информацию?
Закажите подходящий материал на нашем сервисе. Разместите задание – система его автоматически разошлет в течение 59 секунд. Выберите подходящего эксперта, и он избавит вас от хлопот с учёбой.
Гарантия низких цен
Все работы выполняются без посредников, поэтому цены вас приятно удивят.
Доработки и консультации включены в стоимость
В рамках задания они бесплатны и выполняются в оговоренные сроки.
Вернем деньги за невыполненное задание
Если эксперт не справился – гарантируем 100% возврат средств.
Тех.поддержка 7 дней в неделю
Наши менеджеры работают в выходные и праздники, чтобы оперативно отвечать на ваши вопросы.
Тысячи проверенных экспертов
Мы отбираем только надёжных исполнителей – профессионалов в своей области. Все они имеют высшее образование с оценками в дипломе «хорошо» и «отлично».
Гарантия возврата денег
Эксперт получил деньги, а работу не выполнил?
Только не у нас!
Деньги хранятся на вашем балансе во время работы над заданием и гарантийного срока
Гарантия возврата денег
В случае, если что-то пойдет не так, мы гарантируем возврат полной уплаченой суммы
Отзывы студентов о нашей работе
«Всё сдал!» — безопасный онлайн-сервис с проверенными экспертами
Используя «Всё сдал!», вы принимаете пользовательское соглашение
и политику обработки персональных данных
Сайт работает по московскому времени:
Принимаем к оплате 
Чем отличается естественная конвекция от вынужденной, кратко
Вынужденная и естественная конвекция – в чем разница?
Конвекция основана на расширении вещества с более низкой температурой в момент контактирования с горячей массой. При нагревании элемент становиться менее плотным. А значит, происходит снижение его массы в относительно холодных условиях окружающей среды.
Это явление мы наблюдаем, когда происходит распространение тепла при нагревании обычной воды.
Конвекцию можно подразделить на два вида:
Она может развиваться по ламинарному и турбулентному типу. Примером естественного конвекционного явления можно назвать облака, тектонические движения участков земли, образование солнечных гранул.
К естественной конвекции относится разнотемпературный режим слоёв жидкости, воздушного пространства, океанической воды, устойчивые движения воздушных масс.
К вынужденной – механическое перемешивание слоёв жидкости предметом типа мешалки, насоса, вентилятора.
Причины явления и его виды
Движение воздуха в отапливаемом помещении
В этом случае тёплый воздух движется потоками вверх, а холодный – вниз. Когда отопление включено, ближе к потолку воздух в комнате намного теплее, чем над поверхностью пола. Это легко объяснить Архимедовым законом. Только в данном случае тепловое излучение нагревает тела.
Как гласит закон, увеличивается температура – увеличивается объём любой жидкости. Условием такого развития событий является нагрев ёмкости снизу, когда тёплый менее плотный поток устремляется вверх, а более холодные слои, а значит, и более плотные, – вниз.
Если же нагревать ёмкость сверху, то никакого движения внутри жидкости не происходит, а значит и конвекция отсутствует.
История возникновения понятия
Оно было предложено впервые английским учёным В.Прутом в 1834 г. Словом «конвекция» он назвал движение тёплых потоков в нагреваемых жидких средах.
Теоретическое обоснование этому явлению было дано в 1916 г. Опытные исследования проводились с жидкостями, помещёнными в определённые ёмкости, подогреваемые в нижней части.
Исследователи заметили, что потоки диффундируют и переходят на уровень конвекции только тогда, когда температура жидкости близко подходит к отметке критической.
Эти экспериментальные данные стали свидетельством движения тёпловых потоков под воздействием Архимедовой силы.
Примеры различных конвекций
Естественная разновидность конвекции хорошо прослеживается в условиях отапливаемого помещения.
Принудительный вид конвекции характеризуется механическим воздействием. Когда происходит перемешивание каким-либо прибором или техническим устройством, к примеру, обычной ложкой или электронасосом.
Конвекционные процессы не происходят в твёрдых телах. Причиной тому является сильное взаимопритяжение их составляющих. Нагреваясь, твёрдые тела излучают тепловую энергию благодаря свойству теплопроводности.
Большое значение для космической отрасли имеет конвекция капиллярного типа, которая происходит благодаря температурным скачкам при движении жидкости по трубопроводу.
Распространённым примером конвекции является работа бытовых холодильников. Холодный фреон, находящийся в газообразном состоянии, движется по специальным трубкам, охлаждая воздух в верхних слоях. Тогда более тёплый поток устремляется вверх, а холодный – вниз, что создаёт температуру оптимальную для сохранения свежести продуктов.
Внутрипланетарная конвекция
Образование внутри земной коры залежей газа – яркий пример внутрипланетарной конвекции. Дело в том, что центральное ядро планеты Земля жидкое, с большой внутренней плотностью. Эта расплавленная лава богата металлами.
Далее расположен слой литосферы, характерным состоянием которого является полужидкое. Поверхность земли образует земную кору. Состоящая из ряда платформенных участков литосфера, постоянно движется по жидкой поверхности ядра.
Конвекционные процессы возникают из-за разности температур отдельных участков жидкого земного ядра. Под воздействием этого природного явления происходит смещение материковых участков суши и сдвиг океанического ложа.
Конвекция
Конспект по физике для 8 класса «Конвекция». ВЫ УЗНАЕТЕ: Что такое конвекция. Какие виды конвекции существуют.
Конвекция
Если жидкости и газы обладают низкой теплопроводностью, то как же тогда нам удаётся достаточно быстро прогреть воздух в помещении и вскипятить воду?
ЯВЛЕНИЕ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ В ВОЗДУХЕ
Находясь рядом с горячей плитой, можно почувствовать тёплые струи воздуха, поднимающиеся над ней. Этот же эффект хорошо ощущается, если сверху поднести руку к горящей свече или горящей электрической лампочке.
Это физическое явления используется в игрушке «музыкальная ёлочка». Когда зажигаются свечки, под действием возникающих струй тёплого воздуха, направленных вверх, вертушка начинает вращаться, а колокольчики — звенеть.
Если сделать из бумаги спираль и поместить её над включённой электрической лампочкой, как показано на рисунке, под действием поднимающегося нагретого воздуха спираль начнёт вращаться.
В этом опыте, так же как и в игрушке «музыкальная ёлочка», происходит нагревание воздуха, находящегося вблизи горящей лампочки или свечи. При этом он расширяется, и его плотность становится меньше плотности окружающего холодного воздуха. Под действием выталкивающей (архимедовой) силы со стороны холодного воздуха тёплый воздух вытесняется вверх. Образовавшийся воздушный поток и вращает спираль.
ЯВЛЕНИЕ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ В ЖИДКОСТИ
Аналогичные явления происходят и при нагревании жидкости, если источник тепла находится снизу.
Нагретые слои жидкости имеют меньшую плотность. Поэтому сила тяжести, действующая на них, становится меньше архимедовой силы, действующей на эти слои со стороны окружающей жидкости. Вследствие этого нагретые слои воды начинают подниматься вверх, а на их место опускаются более холодные слои жидкости. Этот процесс продолжается до тех пор, пока вся жидкость не прогреется одинаково по всему объёму.
Рассмотрим следующий опыт. На дно колбы с водой аккуратно опустим несколько кристалликов любого красителя (например, марганцовокислого калия). Начнём нагревать колбу снизу. Сразу станет хорошо видно, как со дна колбы поднимаются окрашенные струйки воды.
КОНВЕКЦИЯ
При нагревании воздуха или воды снизу происходит теплопередача, обусловленная переносом вещества и отличающаяся от теплопроводности. Этот процесс называют конвекцией (от лат. convectio — перенесение).
Конвекция — это вид теплопередачи, при котором энергия передаётся потоками (или струями) жидкости или газа.
В 7 классе мы говорили о том, что строение твёрдых тел отличается от строения жидкостей и газов. В твёрдых телах перенос вещества невозможен, поэтому конвекция наблюдается только в жидкостях и газах. В твёрдых телах она не происходит.
В закрытом помещении при работе отопительных приборов всегда возникает явление конвекции. Поэтому разница температур воздуха у пола и вблизи потолка может достигать нескольких градусов.
ЕСТЕСТВЕННАЯ И ВЫНУЖДЕННАЯ КОНВЕКЦИЯ
Различают два вида конвекции: естественную и вынужденную. Рассмотренные выше процессы нагревания воздуха и жидкости являются примерами естественной конвекции. Для её возникновения требуется либо подогрев жидкости или газа снизу, либо охлаждение сверху.
Вынужденная конвекция наблюдается в случае, когда потоки нагретой или охлаждённой жидкости или газа переносятся под действием насосов или вентиляторов.
КОНВЕКЦИЯ В ПРИРОДЕ
Конвекция является очень распространённым явлением в природе. Она выполняет основную роль в образовании в атмосфере потоков воздуха — ветров. Нагреваясь над одними участками земли и охлаждаясь над другими, воздух начинает циркулировать, перенося с собой энергию и влагу.
Эти же причины порождают дневные и ночные бризы — ветры, попеременно дующие от моря к суше днём и от суши к морю ночью. В течение дня температура земли становится заметно выше, чем температура моря. Соответственно и воздух, соприкасающийся с землёй, теплеет, расширяется и его плотность уменьшается. За счёт явления конвекции возникает циркулирующее течение воздушных масс. Ночью происходит обратный процесс, так как земля охлаждается до температуры, которая ниже, чем температура моря.
Благодаря конвекции птицы способны подолгу парить в воздухе. Разные участки земли прогреваются по-разному, и из-за этого возни кают восходящие воздушные потоки. Эти же потоки используются при полётах на дельтапланах.
Из-за конвекции нагретый пар из труб котельных и дым из печных труб при отсутствии ветра поднимаются вверх, так как имеют более низкую плотность, чем окружающий воздух.
В быту мы привыкли к тому, что при нагреве воды источник тепла располагается снизу. Нагревательные приборы в комнате также всегда расположены внизу.
Опыты показывают, что при нагревании сверху как жидкостей, так и газов конвекции не происходит. В этом случае просто не возникает выталкивающая сила, так как нагретые слои с меньшей плотностью располагаются сверху.
Естественная и вынужденная конвекция лежат в основе действия отопительной системы зданий. Нагревание воды может производиться либо непосредственно в здании при помощи специального котла, либо за пределами отапливаемого помещения при наличии системы центрального отопления. Горячая вода, поступающая в дом или нагретая в котле, поднимается вверх, а затем спускается по трубам и распределяется по помещениям, отдавая тепло в радиаторах.
Вы смотрели Конспект по физике для 8 класса «Конвекция».
Конвекция естественная и вынужденная
Вы будете перенаправлены на Автор24
Конвекция
Конвекция – это вид теплопередачи, при котором внутренняя энергия передается потоками или струями газа либо жидкости.
В природе существует так называемая естественная конвекция, возникающая в веществе самопроизвольно при неравномерном его нагревании в поле тяготения. При таком типе конвекции нижние слои вещества прогреваются и, следовательно, становятся легче, поднимаясь вверх. Верхние же, более холодные слои, наоборот остывают и в этой связи становятся тяжелее. Тяжелые слои опускаются, после чего процесс повторяется вновь. При определенных условиях процесс перемешивания структурируется в отдельные вихри, вследствие чего получается более или менее правильная решетка из конвекционных ячеек.
Рисунок 1. Принцип нагрева воздуха. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Естественная же конвекция наблюдается во многих атмосферных явлениях, в том числе при возникновении облаков. Благодаря естественной конвекции перемещаются тектонические плиты. Конвекция отвечает за появление солнечных гранул.
Вынужденная или принудительная конвекция обеспечивает перенос вещества и обусловлена действием внешних сил (например, силовым воздействием насоса или лопастей вентилятора). Такой метод применяется, когда естественная конвекция оказывается недостаточно действенной.
Под конвекцией также понимается процесс переноса теплоты, массы или электрических зарядов.
Готовые работы на аналогичную тему
Естественная конвекция
Изучение процессов естественной конвекции имеет большое значение в связи с проблемой отвода теплоты во многих технических приборах и системах. Естественная конвекция влияет на максимальные значения тепловых потоков. Из этого следует, что от нее зависит безопасность эксплуатации систем в условиях, когда обычные способы сброса теплоты непригодны.
Наиболее распространенным видом отопительных приборов являются конвекторы, в которых большая часть теплоты теплоносителя передается в помещение с помощью конвекции. Самыми практичными являются конвекторы из обребренных труб, по которым перемещается теплоноситель (горячая вода или пар). Трубы заключаются в специальные кожухи, имеющие отверстия для прохода воздуха сверху и снизу.
Технической реализацией процесса естественной конвекции являются радиаторы отопления, обогревающие жилые и общественные помещения. Нередко естественная конвекция используется для оптимизации движения воды в отопительной системе.
Примечательно, что в некоторых технических задачах, напротив, требуется подавить естественную конвекцию для снижения теплопотерь. Например, в области проектирования солнечных коллекторов одной из важнейших задач является снижение потерь тепла через прозрачную изоляцию.
Еще один прибор, основанный на свойствах конвекции широко используется в промышленности – воздухонагреватель. Он применяется для дутья при работе доменной печи, а также для подогрева воздуха. В режиме нагрева этого прибора продукты сгорания поднимаются вверх и поступают в специальную набивку. В режиме дутья холодный газ (воздух) заполняет это же пространство и забирает тепловую энергию, которая накапливается в набивке при нагреве. Нагретый газ поступает в воздухопровод и используется по назначению в зависимости от технологического процесса.
Вынужденная конвекция
Если движение жидкости или газа вызвано действием внешних сил (например, работающими лопастями вентилятора или поршнем насоса), то такое явление будет называться вынужденной конвекцией.
При любом режиме течения жидкости в непосредственной близости к поверхности некоего твердого тела образуется тонкий неподвижный слой жидкости, называемый еще пограничным слоем. Через данный слой теплота передается исключительно посредством теплопроводности. Эмпирически было установлено, что плотность теплового потока через пограничный слой пропорциональна разности температур жидкости и поверхности тела.
Получи деньги за свои студенческие работы
Курсовые, рефераты или другие работы
Автор этой статьи Дата последнего обновления статьи: 17 09 2021
Эксперт по предмету «Архитектура и строительство»