Естественная конвекция это что
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.
Естественная и вынужденная конвекция
Конвекцией называют такой вид теплообмена, при котором энергия (считай, тепло) перемещается струями (в жидком веществе) и потоками (в газообразном веществе). Примером может являться перемещение воздуха в комнате, или его циркуляция в атмосфере. 
Благодаря конвекции воздух в комнате не застаивается на одном месте. А если есть приток свежего воздуха, то распространяться он будет по всему помещению, меняя температуру не в одном месте, а везде.
Естественная конвекция
Если конвекция происходит без воздействия внешних факторов, то называют её естественной. К таковой относится приведённый выше пример движения воздуха в комнате. А ещё примерами естественной конвекции могут служить многие атмосферные явления, например, образование облаков. Да что там атмосферные явления, даже тектонические плиты движутся благодаря конвекции.
Если обобщать, то при естественной конвекции сначала нагреваются нижние слои некого вещества. А как нам известно, в этом случае вещество становится легче. Поэтому после нагревания оно перемещается вверх. Ну а верхние слои, одновременно с этим, остывают и опускаются ниже. Процесс этот не прерывается ни на минуту.
Вынужденная конвекция
Вынужденная конвекция применяется в тех случаях, когда естественная не способна достаточно хорошо выполнять свою задачу.
Содержание влаги в воздухе
Влажность воздуха оказывает очень сильное влияние на самочувствие человека и его здоровье. Важно понимать это и поддерживать в комнате нормальную влажность.
Кухонная техника с конвекцией: что это и для чего
Содержание
Содержание
Техника с режимом конвекции давно «прописалась» в наших домах, но как использовать этот режим готовки и как его применять наиболее эффективно, знает далеко не каждый. Рассмотрим, когда режим конвекции пойдет на пользу блюду, а когда его лучше не использовать.
Принцип действия конвекционных моделей
Начнем с азов, а именно с определения этого явления.
Конвекция — это физический процесс, при котором происходит передача тепловой энергии посредством различных потоков (воды, воздуха и т. д.).
Применительно к кухонной технике, речь идет о переносе тепла воздушными потоками внутри духового шкафа.
Наблюдательный читатель возразит, что, исходя из определения, конвекционной можно назвать любую духовку, ведь в ней постоянно происходит движение воздуха, и будет отчасти прав. Горячий воздух поднимается вверх, а его место занимают более холодные массы. Этот процесс протекает до тех пор, пока присутствует источник тепла, нагревающий воздух в духовке.
Такое явление называется естественной конвекцией. И да, она присутствует во всех без исключения духовках.
Но не всё так просто. Дело в том, что при естественной конвекции происходит неравномерный прогрев зон духового шкафа, в каждой точке — разные температуры, что приводит к неравномерному нагреву продуктов, а в конечном итоге — к дополнительным сложностям для кулинара.
Все мы помним, как наши мамы и бабушки экспериментальным путем определяли ярус духовки, на который необходимо поставить противень с домашней выпечкой, постоянно контролировали, как поднимается и подрумянивается тесто, а в какой-то момент доставали и разворачивали противень на 180°. Выпечка у дальней стенки готовилась быстрее, чем со стороны дверцы, где присутствовал хоть и небольшой, но вредный для нее приток холодного воздуха.
Проблема неравномерного прогрева духового шкафа решается довольно просто. Воздух нужно дополнительно перемешивать! Самый простой способ — установка дополнительного вентилятора, который обеспечит принудительную циркуляцию горячих масс воздуха.
Вентилятор — обязательный элемент конвекционной духовки.
Разновидности кухонных приборов с конвекцией
Вентиляторы повсеместно используются в электрических духовках, как встраиваемых, так и функционирующих в составе электрической плиты, микроволновой печи с конвекцией, компактных электропечах и даже газовых плитах.
Производители весьма неохотно применяют функцию конвекции в газовых духовках, поскольку существует риск задувания пламени горелки. Да и добиться герметичности камеры духового шкафа проблематично, нужно обеспечить приток свежего воздуха и отвод продуктов горения. Чаще в газовых плитах можно встретить электрическую духовку с конвекцией.
Самая доступная «точка входа» в мир конвекционной готовки — компактные электропечи, которые довольно часто оснащают этой полезной функцией. Как правило, это небольшой кухонный девайс с духовым шкафом небольшого объема (25-45л). Стоимость их также невысока, купить электропечь можно от 4 000 руб.
Сразу за ними следуют микроволновки с режимом принудительной вентиляции. Они оснащены дополнительным нагревательным элементом с вентилятором (конвектором), обеспечивающим нагрев воздуха в рабочей камере. Система датчиков поддерживает температуру на заданном уровне. Цены на такие устройства начинаются от 7 000 руб. За эти деньги пользователь получает агрегат объемом 23-39 л.
Наиболее широко режим конвекции используется в электрических духовках. В этом классе уже доступны объемы от 50 л, которых вполне хватит для приготовления ужина на большую компанию. Разбег цен начинается от 11 000 руб.
Некоторые модели духовок снабжают только лишь вентилятором, основная задача которого — смешивание воздушных потоков и создание принудительной циркуляции. Такие приборы стоят немногим дороже своих собратьев без конвекции. В других моделях вентилятор оснащен дополнительным нагревательным элементом, чтобы обдувать блюдо воздухом, сразу разогретым до нужной температуры.
Более дорогие представители класса наделены функцией приготовления на пару, для которой используется влажная конвекция. В специальный отсек заливается обычная вода, которая, испаряясь, смешивается с потоками горячего воздуха.
Продукты обрабатываются горячими потоками паровоздушной смеси.
Наличие этой функции позволит не пересушить продукты и обеспечит простой уход за внутренними поверхностями духовки. Цены на такие устройства начинаются от 24 000 руб.
Преимущества конвекционных печей
Конечно, дополнительные элементы увеличивают стоимость техники, но, как это ни парадоксально звучит, в конечном итоге помогают существенно сэкономить. Выход на рабочие температуры происходит быстрее, а приготовление занимает меньше времени. Следовательно, и электроэнергии расходуется меньше, что отразится на счетах за электричество.
Существует еще несколько неоспоримых преимуществ режима конвекции:
Приготовление в обычной духовке сопряжено с выпариванием влаги из продукта и ее постоянным присутствием в духовке. Режим конвекции создает более сухую атмосферу, которая ускоряет карамелизацию сахара, содержащегося в продукте. Именно поэтому готовые блюда получаются привлекательными внешне и сочными внутри.
Что можно приготовить в режиме конвекции
Режим конвекции лучше всего подойдет для приготовления блюд из мяса, рыбы, птицы и овощей. В приготовлении домашней выпечки конвекционным печам и вовсе нет равных.
А вот кулинарные изделия, чей технологический цикл начинается с жидкого теста (заварные кремы и пирожные, суфле, торты и т. д.) предпочтительней готовить в обычной духовке, поскольку при выпечке этих блюд можно получить обратный эффект — растрескавшуюся пересушенную корку сверху и сырую непропеченную середину. Это же касается и рецептов бездрожжевого хлеба.
При выпекании изделий из дрожжевого опарного теста конвекция раскроет весь свой потенциал, а вот заварные пирожные — безнадежно испортит.
Но не выпечкой единой живет кулинар. Любители хрустящей корочки на птице, рыбе или мясных продуктах по достоинству оценят возможности конвекции. Чтобы не пересушить блюда следуйте простым рекомендациям:
Любителям здорового питания подойдет модель с функцией приготовления на пару. Мясные изделия, блюда из рыбы и овощей, приготовленные таким способом, сохранят максимум полезных веществ, а для их приготовления практически не потребуется масла или жира.
Приготовление в конвекционной печи — довольно увлекательный и творческий процесс. И хотя некоторым блюдам конвекция противопоказана, в большинстве случаев она серьезно выручает. Готовка в режиме конвекции занимает меньше времени, а кулинарные шедевры получаются более вкусными, полезными и визуально привлекательными.
Естественная конвекция
Гольфстрим циркулирует в результате испарения воды. В этом процессе вода становится соленой и плотной. В северной части Атлантического океана вода становится настолько плотной, что начинает опускаться вниз.
В ядерном реакторе естественная циркуляция может быть критерием проектирования. Это достигается за счет уменьшения турбулентности и трения в потоке жидкости (то есть минимизации потерь напора ) и предоставления способа удаления любых неработающих насосов из тракта жидкости. Кроме того, реактор (как источник тепла) должен быть физически ниже, чем парогенераторы или турбины (радиатор). Таким образом, естественная циркуляция будет гарантировать, что текучая среда будет продолжать течь, пока реактор будет горячее, чем теплоотвод, даже когда мощность не может быть подана на насосы.
По природе естественной циркуляции жидкости обычно движутся не очень быстро, но это не обязательно плохо, поскольку высокие скорости потока не являются существенными для безопасной и эффективной работы реактора. В современных ядерных реакторах реверс потока практически невозможен. Все ядерные реакторы, даже те, которые предназначены в основном для использования естественной циркуляции в качестве основного метода циркуляции жидкости, имеют насосы, которые могут циркулировать жидкость в случае, если естественной циркуляции недостаточно.
Начало
Возникновение естественной конвекции определяется числом Рэлея ( Ra ). Это безразмерное число дается выражением
Ра знак равно Δ ρ грамм L 3 D μ <\ displaystyle <\ textbf 
Естественная конвекция будет более вероятной и / или более быстрой с большим разбросом плотности между двумя жидкостями, большим ускорением силы тяжести, которое вызывает конвекцию, и / или большим расстоянием через конвектирующую среду. Конвекция будет менее вероятной и / или менее быстрой при более быстрой диффузии (тем самым рассеивая градиент, вызывающий конвекцию) и / или более вязкой (липкой) жидкости.
Для тепловой конвекции из-за нагрева снизу, как описано выше в котле для кипячения, уравнение модифицировано с учетом теплового расширения и температуропроводности. Изменения плотности из-за теплового расширения выражаются следующим образом:
Вставка этих замен дает число Рэлея, которое можно использовать для прогнозирования тепловой конвекции. [7]
Ра знак равно ρ 0 грамм β Δ Т L 3 α μ <\ displaystyle <\ textbf
Турбулентность
Тенденция конкретной естественно конвективной системы к турбулентности зависит от числа Грасгофа (Gr). [8]
грамм р знак равно грамм β Δ Т L 3 ν 2 <\ displaystyle Gr = <\ frac
В очень липких, вязких жидкостях (большие ν ) движение жидкости ограничено, и естественная конвекция не будет турбулентной.
Поведение
грамм р знак равно грамм β Δ C L 3 ν 2 <\ displaystyle Gr = <\ frac
Естественная конвекция сильно зависит от геометрии горячей поверхности, существуют различные корреляции для определения коэффициента теплопередачи. Общая корреляция, применимая к различным геометриям, такова:
Значение f 4 (Pr) рассчитывается по следующей формуле
В этой системе тепло передается от вертикальной пластины к жидкости, движущейся параллельно ей за счет естественной конвекции. Это будет происходить в любой системе, в которой плотность движущейся жидкости изменяется в зависимости от положения. Эти явления будут иметь значение только тогда, когда на движущуюся жидкость минимально влияет принудительная конвекция. [9]
Если рассматривать поток жидкости как результат нагрева, можно использовать следующие корреляции, предполагая, что жидкость является идеальной двухатомной, имеет прилегающую к вертикальной пластине при постоянной температуре, и поток жидкости является полностью ламинарным. [10]
Когда поток является турбулентным, необходимо использовать различные корреляции, включающие число Рэлея (функция как числа Грасгофа, так и числа Прандтля ). [10]
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 
