自然対流。 対流の種類とその違い
室温での熱伝導率。
さまざまな物質の熱伝導率の大きさのオーダー。
対流これは、空間における熱伝達の 2 番目の方法です。
対流-これは、マクロ粒子の動きによる不均一な温度分布を伴う液体および気体の熱伝達です。
巨視的な量の物質と一緒に熱が移動することを、 対流熱伝達、または単に 対流.
液体と固体表面間の熱伝達。 このプロセスには特別な名前があります。 対流熱伝達(熱は液体から表面に、またはその逆に伝達されます)
しかし、純粋な形の対流は存在しません;それは常に熱伝導を伴い、そのような共同熱伝達は呼ばれます 対流熱伝達。
固体の表面と液体の間の熱交換のプロセスは呼ばれます 熱放散、および熱が伝達される体の表面 - 伝熱面または伝熱面.
熱伝達ある流体から別の流体へ、それらを隔てる固体壁を介して熱が移動することです。
流体運動の種類。強制対流と自然対流を区別します。 と呼ばれる動きです 強制熱伝達プロセスに関係のない外力が原因で発生した場合。 たとえば、ポンプやファンによるエネルギーの伝達によるものです。 と呼ばれる動きです 自由、それが熱伝達プロセスによって決定され、加熱された流体マクロ粒子と冷たい流体マクロ粒子の密度の違いによって発生する場合。
動き、モード、液体。流体の動きには、安定したものと不安定なものがあります。 設立流体が占める空間のすべての点での速度が時間とともに変化しないような動きと呼ばれます。 流速が時間の経過とともに (大きさまたは方向で) 変化する場合、その動きは次のようになります。 一時的な.
実験的に確立された流体運動の 2 つのモード: 層流と乱流。 で 層流すべての流体粒子は、互いに平行に移動し、それを囲むサーフェスに移動します。 で 乱流モード液体の粒子がランダムに、無秩序に動きます。 流れに沿った有向運動に加えて、粒子は流れを横切って流れに向かって移動することができます。 この場合、液体の速度は大きさと方向の両方で連続的に変化します。
層流と乱流の領域の選択は、 非常に重要、液体内の熱伝達のメカニズムはモードによって異なるためです。 層流領域では、流れの横方向の熱は熱伝導によってのみ伝達され、流れの方向では熱伝導のみによって伝達され、さらに乱流では乱流渦または対流によって伝達されます。
境界層の概念。研究によると、物体を洗浄する粘性流体の流れでは、表面に近づくにつれて速度が低下し、表面自体でゼロに等しくなることが示されています。 物体の表面にある流体の速度がゼロであるという結論は、付着仮説と呼ばれます。 液体が連続媒体と見なせる限り有効です。
境界のない流体の流れが平面に沿って移動するとします (図)。 そこから遠く離れた流体の速度は w0 に等しく、表面自体では、滑りのない仮説によればゼロに等しくなります。 したがって、地表近くには凍った液体の層があり、 動的境界層、速度が 0 から ...... まで変化する境界層の速度は w 0 に漸近的に近づくため、その厚さの次の定義が導入されます。 動的境界層速度が w0 と一定量 (通常は 1%) 異なるサーフェスからの距離です。
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表面に沿って移動すると、境界層の厚さが増加します。 最初に、層流境界層が形成され、厚さが増すと不安定になり、崩壊して乱流境界層になります。 しかし、ここでも、表面近くに薄い層状の副層が保存されており……その中を液体が層状に移動しています。 図上。 層流 (セクション I) と乱流 (セクション II) 内の速度の変化を示します。
対流- 物質の粒子を動かすことによる熱の伝達。 対流は、液体または気体の物質内、および液体または気体の媒体と固体の表面の間でのみ発生します。 この場合、熱と熱伝導率の伝達があります。 表面近くの境界領域における対流と熱伝導の複合効果は、対流熱伝達と呼ばれます。
建物のフェンスの外面と内面で対流が起こります。 対流は、室内表面の熱交換に重要な役割を果たします。 で 異なる値表面とそれに隣接する空気の温度、より低い温度への熱の遷移があります。 対流によって伝達される熱流束は、表面を洗浄する液体または気体の運動モード、移動媒体の温度、密度および粘度、表面の粗さ、表面と周囲の温度の差に依存します。中くらい。
表面と気体 (または液体) の間の熱交換のプロセスは、気体の動きの発生の性質に応じて異なる方法で進行します。 区別 自然対流と強制対流。最初のケースでは、ガスの動きは表面とガスの間の温度差によって発生し、2番目のケースでは、このプロセスの外力（ファン操作、風）によって発生します。
一般に強制対流は自然対流の過程を伴うこともありますが、強制対流の強さは自然対流の強さを著しく上回るため、強制対流を考える際には自然対流を無視することが多いです。
将来的には、速度と温度が空気中の任意の点で時間的に一定であると仮定して、対流熱伝達の定常プロセスのみが考慮されます。 しかし、部屋の要素の温度はかなりゆっくりと変化するため、定常状態で得られた依存関係をプロセスに拡張できます。 部屋の非定常熱条件、考慮される各瞬間で、フェンスの内面での対流熱伝達のプロセスは静止していると見なされます。 定常状態で得られた依存関係は、自然から強制への対流の性質の突然の変化の場合にも拡張できます。たとえば、部屋を加熱するための再循環装置（ファンコイルまたはヒートポンプモードの分割システム）が部屋で点灯。 第一に、新しい空気移動モードが迅速に確立され、第二に、熱伝達プロセスの工学的評価に必要な精度が、修正の欠如から生じる可能性のある不正確さよりも低くなります。 熱流遷移状態の間。
暖房と換気の計算の工学的実践では、建物の外皮またはパイプと空気 (または液体) の表面間の対流熱伝達が重要です。 実際の計算では、対流熱流束を推定するために (図 3)、ニュートンの方程式が使用されます。
どこ へ- 対流によって移動媒体から表面へ、またはその逆に伝達される熱流束 W。
た- 壁の表面を洗浄する空気の温度、o C;
τ - 壁面の温度、o C;
αと- 壁面の対流熱伝達係数、W / m 2. o C.
図3 壁と空気の対流熱交換
対流熱伝達係数、 に - 物理量、数値的には、空気温度と体表面温度の差が 1 o C のときに、対流熱伝達によって空気から固体の表面に伝達される熱量に等しくなります。
このアプローチでは、対流熱伝達の物理プロセスの全体的な複雑さは、熱伝達係数にあります。 に. 当然、この係数の値は多くの引数の関数です。 実際の使用では、非常に近似値が受け入れられます に.
式 (2.5) は次のように都合よく書き直すことができます。
どこ Rと - 対流熱伝達に対する抵抗囲い構造の表面で、m 2.o C / W、フェンスの表面の温度差と、表面密度が1 W / m 2の熱流束が通過する間の気温に等しい表面から空気へ、またはその逆。 抵抗 Rと対流熱伝達係数の逆数 に.
熱いストーブや燃えている電球の上に手を伸ばすと、これらの物体の上に暖かい空気の噴流がどのように上昇するかを感じることができます. 燃えているろうそくや電球の上に吊るされた一枚の紙が、上昇する暖かい空気の影響を受けて回転し始めます。
この現象は次のように説明できます。 空気は熱いランプと接触し、加熱され、膨張し、周囲の冷たい空気よりも密度が低くなります。 下から冷たい空気の側から暖かい空気に作用するアルキメデスの力は、暖かい空気に作用する重力を上回ります。 したがって、暖かい空気は上昇し、それによって冷たい空気に取って代わられます。
液体を下から加熱すると、同様の現象が見られます。 液体の暖かい層 - 密度が低く、したがって軽い - は、密度が高く重い冷たい層によって上方に移動します。 落下した液体の冷たい層は、熱源によって加熱され、加熱されていない液体によって再び置き換えられます。 したがって、そのような動きはすべての水を均等に温めます。 これは、容器の底に過マンガン酸カリウムの結晶をいくつか入れると、よりはっきりと見ることができます。これにより、水が着色されます。 紫. このような実験では、別のタイプの熱伝達を観察できます - 対流(ラテン語 「対流」- 移行）。
対流の過程で、エネルギーは気体または液体自体の噴流によって移動することに注意してください。 例えば、暖房のある部屋では、対流現象により、暖められた空気の流れは天井に上がり、冷気は床に落ちます。 したがって、上部の空気は床付近よりもはるかに暖かいです。
対流には次の 2 種類があります。 ナチュラル（つまり無料）と 強制。室内の液体と空気を加熱する例は、自然対流の例です。 液体をスプーン、攪拌機、ポンプなどで攪拌すると、強制対流が見られます。
液体や気体などの物質は、下から加熱する必要があります。 逆に、上から加熱すると、対流は発生しません。 暖かい層は、寒く、密度が高く、重い層の下に物理的に沈むことはできません。 したがって、対流プロセスが進行するためには、気体や液体を下から加熱する必要があります。
で 固体対流は起こりません。 固体では、粒子が特定の点を中心に振動することは既にわかっています。 それらは相互の魅力によって一緒に保持されます。 したがって、固体が加熱されると、その中に物質は形成されません。 固体では、エネルギーは伝導によって移動できます。
対流は自然界に広まっています：下層で 地球の大気、海、海、私たちの惑星の腸内、太陽上（表面から太陽の半径の最大20〜30％の深さまでの層）。 対流現象の助けを借りて、気体と液体はさまざまな技術装置で加熱されます。
対流の簡単な例として、冷蔵庫内の食品の冷却も挙げられます。 冷蔵庫のパイプを循環するフロンガスが空気の層を冷やす 
冷蔵庫の上部に。 冷却された空気は下降し、すべての製品を冷却し、再び上昇します。 冷蔵庫に食品を並べるときは、冷蔵庫内の空気循環を妨げないでください。 冷蔵庫の後ろにある火格子は、ガス圧縮中にコンプレッサーで形成される暖かい空気を取り除くのに役立ちます。 格子の冷却機構も対流式であるため、対流が問題なく発生するように、冷蔵庫の後ろに空きスペースを残す必要があります。
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