Die Erzeugung von Konvektionsströmen basiert auf drei physikalischen Annahmen: Vorhandensein einer Wärmequelle, Vorhandensein einer ordnungsgemäßen Beschleunigung und richtige Geometrie. Wärmetechnik
Erzeugung von Konvektionsströmen
Die Erzeugung von Konvektionsströmen basiert auf drei physikalischen Annahmen:
- Vorhandensein einer Wärmequelle . Wärmequelle ist erforderlich, da Konvektionsströme durch Dichteunterschiede im Fluid aufgrund von Temperaturgradienten erzeugt werden. Bei der natürlichen Konvektion nimmt die eine Wärmequelle umgebende Flüssigkeit Wärme auf und wird durch Wärmeausdehnung weniger dicht und steigt an. Die Wärmeausdehnung des Fluids spielt eine entscheidende Rolle. Mit anderen Worten fallen schwerere (dichtere) Komponenten, während leichtere (weniger dichte) Komponenten ansteigen, was zu einer Bewegung der Flüssigkeitsmenge führt.
- Vorhandensein einer ordnungsgemäßen Beschleunigung. Natürliche Konvektion kann nur in einem Gravitationsfeld oder bei Vorhandensein einer anderen geeigneten Beschleunigung wie Beschleunigung, Zentrifugalkraft und Coriolis-Kraft auftreten. Natürliche Konvektion funktioniert im Wesentlichen nicht in der Erdumlaufbahn. Beispielsweise sind in der umlaufenden Internationalen Raumstation andere Wärmeübertragungsmechanismen erforderlich, um eine Überhitzung elektronischer Komponenten zu verhindern.
- Richtige Geometrie . Das Vorhandensein und die Größe der natürlichen Konvektion hängen auch von der Geometrie des Problems ab. Das Vorhandensein eines Fluiddichtegradienten in einem Gravitationsfeld gewährleistet nicht die Existenz natürlicher Konvektionsströme. Dieses Problem wird in der folgenden Abbildung veranschaulicht, in der eine Flüssigkeit von zwei großen horizontalen Platten unterschiedlicher Temperatur (T oben upper T unten ) eingeschlossen wird.
- Im Fall A ist die Temperatur der unteren Platte höher als die Temperatur der oberen Platte. In diesem Fall nimmt die Dichte in Richtung der Gravitationskraft ab. Diese Geometrie induziert die Flüssigkeitszirkulation und die Wärmeübertragung erfolgt über die natürliche Zirkulation . Die schwerere Flüssigkeit sinkt und erwärmt sich dabei, während die leichtere Flüssigkeit steigt und sich bei Bewegung abkühlt.
- Im Fall B ist die Temperatur der unteren Platte niedriger als die Temperatur der oberen Platte. In diesem Fall nimmt die Dichte in Richtung der Gravitationskraft zu. Diese Geometrie führt zu stabilen Bedingungen, einem stabilen Temperaturgradienten und induziert keine Fluidzirkulation. Die Wärmeübertragung erfolgt ausschließlich über Wärmeleitung.
