Konvektionsmechanismus
Konvektionsmechanismus
Bei der Wärmeleitung wird Energie entweder durch die Wanderung freier Elektronen oder durch Schwingungswellen ( Phononen ) als Wärme übertragen . Es findet keine Massenbewegung in Richtung des Energieflusses statt. Die Wärmeübertragung durch Wärmeleitung ist abhängig von der treibenden „Kraft“ der Temperaturdifferenz. Leitung und Konvektion sind insofern ähnlich, als beide Mechanismen die Anwesenheit eines materiellen Mediums erfordern (im Vergleich zur Wärmestrahlung). Andererseits unterscheiden sie sich darin, dass die Konvektion das Vorhandensein einer Flüssigkeitsbewegung erfordert.
Es muss betont werden , dass an der Oberfläche der Energiefluss rein durch Leitung erfolgt, auch in Leitung. Es liegt daran, dass sich auf der Wärmeübertragungsfläche immer eine dünne, stagnierende Flüssigkeitsfilmschicht befindet . In den nächsten Schichten treten jedoch sowohl Leitungs- als auch Diffusionsmassenbewegung auf molekularer oder makroskopischer Ebene auf. Aufgrund der Massenbewegung ist die Energieübertragungsrate höher. Je höher die Geschwindigkeit der Massenbewegung ist, desto dünner ist die stagnierende Flüssigkeitsfilmschicht und desto höher ist die Wärmeflussrate.
Es muss beachtet werden, dass das Blasensieden an der Oberfläche diese stagnierende Schicht effektiv zerstört und daher das Blasensieden die Fähigkeit einer Oberfläche, Wärmeenergie auf das Schüttgut zu übertragen, signifikant erhöht.
Wie geschrieben wurde, erfolgt die Wärmeübertragung durch eine Flüssigkeit durch Konvektion in Gegenwart einer Massenbewegung und durch Leitung in Abwesenheit derselben. Daher kann die Wärmeleitung in einem Fluid als der Grenzfall der Konvektion angesehen werden, der dem Fall des Ruhefluids entspricht.
Konvektion als Leitung mit flüssiger Bewegung
Einige Experten halten Konvektion nicht für einen grundlegenden Mechanismus der Wärmeübertragung, da es sich im Wesentlichen um Wärmeleitung bei Flüssigkeitsbewegung handelt. Sie halten es für einen Sonderfall der Wärmeleitung , der als ” Leitung mit Flüssigkeitsbewegung ” bezeichnet wird. Andererseits ist es praktisch , Konvektion trotz der gültigen gegenteiligen Argumente als separaten Wärmeübertragungsmechanismus zu erkennen.
Die Wärmeübertragung durch Konvektion ist schwieriger zu analysieren als die Wärmeübertragung durch Wärmeleitung, da keine einzige Eigenschaft des Wärmeübertragungsmediums wie die Wärmeleitfähigkeit definiert werden kann, um den Mechanismus zu beschreiben. Die konvektive Wärmeübertragung wird durch die Tatsache erschwert, dass sie sowohl eine Flüssigkeitsbewegung als auch eine Wärmeleitung beinhaltet . Die Wärmeübertragung durch Konvektion variiert von Situation zu Situation (abhängig von den Fluidströmungsbedingungen) und ist häufig mit der Art des Fluidstroms gekoppelt . Bei erzwungener Konvektion ist die Wärmeübertragungsrate durch ein Fluid durch Konvektion viel höher als durch Wärmeleitung.In der Praxis wird die Analyse der Wärmeübertragung durch Konvektion empirisch behandelt (durch direkte experimentelle Beobachtung). Die meisten Probleme können mit sogenannten Kennzahlen (zB Nusselt-Zahl ) gelöst werden . Kennzahlen sind dimensionslose Zahlen verwendet , um ein Zeichen der Wärmeübertragung zu beschreiben , und können verwendet werden zum Vergleich eine reale Situation ( zum Beispiel Wärmeübertragung in einem Rohr) mit einem kleinen Modell . Die Erfahrung zeigt, dass die Konvektionswärmeübertragung stark von den Fluideigenschaften, der dynamischen Viskosität , der Wärmeleitfähigkeit , der Dichte und der spezifischen Wärme sowie derFlüssigkeitsgeschwindigkeit . Dies hängt neben der Art des Flüssigkeitsflusses auch von der Geometrie und der Rauheit der festen Oberfläche ab. Alle diese Bedingungen wirken sich insbesondere auf die Dicke des stehenden Films aus .
Bei der Konvektion wird Wärme zwischen einer Oberfläche bei einer bestimmten Temperatur (T- Wand ) und Flüssigkeit bei einer Massentemperatur (T b ) übertragen. Die genaue Definition der Massentemperatur (T b ) variiert in Abhängigkeit von den Einzelheiten der Situation.
- Für eine Strömung neben einer heißen oder kalten Oberfläche ist T b die Temperatur des Fluids „weit“ von der Oberfläche entfernt.
- Zum sieden oder Kondensieren ist T b die Sättigungstemperatur des Fluids.
- Für die Strömung in einem Rohr ist T b die durchschnittliche Temperatur, die an einem bestimmten Rohrquerschnitt gemessen wird.
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Dieser Artikel basiert auf der maschinellen Übersetzung des englischen Originalartikels. Weitere Informationen finden Sie im Artikel auf Englisch. Sie können uns helfen. Wenn Sie die Übersetzung korrigieren möchten, senden Sie diese bitte an: translations@nuclear-power.com oder füllen Sie das Online-Übersetzungsformular aus. Wir bedanken uns für Ihre Hilfe und werden die Übersetzung so schnell wie möglich aktualisieren. Danke.
