Конвекція це простими словами явище, яке ми зустрічаємо буквально щодня, навіть якщо не помічаємо. Ось лише декілька прикладів, коли вона проявляє себе:
- коли ми ставимо каструлю з водою на плиту, вода починає рухатися всередині;
- в кімнаті з батареєю тепле повітря піднімається, а холодне опускається;
- при відкритті вікна повітря в приміщенні починає переміщуватися;
- в духовці їжа прогрівається рівномірно за рахунок циркуляції гарячого повітря.
У всіх цих випадках працює конвекція. Ми хочемо пояснити, як вона влаштована, як ми використовуємо її в техніці, і чому без неї не обійтися.
Содержание
Що таке конвекція і навіщо вона потрібна
Що таке конвекція з фізичної точки зору? Це теплопередача в рідинах і газах за допомогою руху самих частинок. Ми часто бачимо конвекцію, коли нагрівається повітря або вода, що змушує ці речовини переміщуватися.
Наш досвід показує: конвекція це не просто наукове слово. Це те, що робить опалення, вентиляцію та охолодження працюючими. Коли повітря або рідина рухаються, вони переносять тепло – ось у чому суть. Без цього багато систем просто не працювали б.
Вчені пояснюють це так: при нагріванні частинки стають легшими і піднімаються, а холодні – опускаються. Цей процес, власне, ми і називаємо конвекцією.
Ця інформація підтверджується підручником «Теплопередача» під редакцією Ф. П. Інгерлейба, 2012 рік, видання «Technische Universität München».
Конвекція буває різною
Конвекція це що? Те, що далеко не завжди одне й те саме. Відомо, що є три основних типи.
Ось таблиця, яка показує їх різницю:
Тип конвекції | Як відбувається | Приклад |
Природна | Виникає сама по собі | Тепле повітря піднімається від батареї |
Вимушена | За допомогою вентилятора, насоса | Вентиляція, чилери, охолодження |
Теплова в замкнутому об’ємі | Без виходу назовні | Духовка, холодильник |
Наші спеціалісти часто використовують вимушену конвекцію в системах охолодження. Наприклад, у чилерах або градирнях з вентиляторним охолодженням, де рух повітря важливий для роботи обладнання.
Джерело: «Heat Transfer» Frank P. Incropera, David P. DeWitt, 2007, John Wiley & Sons.
Знаєте що? Навіть коли ми відкриваємо кватирку, ми запускаємо природну конвекцію. Тепле повітря виходить, холодне заходить. І ось що цікаво – в побуті це працює само по собі, нічого робити не потрібно.
А ось у техніці частіше потрібна вимушена конвекція. Наприклад:
- У холодильних установках вентилятор рухає повітря.
- У конвекційних печах повітря ганяє вентилятор для рівномірного нагрівання.
- У системах опалення тепле повітря швидше розподіляється завдяки конвекції. Наприклад, тепловий насос використовує дане явище для ефективного перенесення теплової енергії.
Наш досвід показує, що правильна організація конвекції допомагає економити енергію і підтримувати потрібну температуру.
Джерело: «Thermal Sciences: An Introduction to Thermodynamics, Fluid Mechanics, and Heat Transfer» Frank W. Schmidt, Robert E. Henderson, 2010, CRC Press.
Принцип конвекції в кліматичних системах
Принцип конвекції в кліматичних системах допомагає переміщувати тепле і холодне повітря в потрібних напрямках.
Коли ми проектуємо системи кондиціонування, ми думаємо про те, як потоки повітря будуть рухатися. Наприклад, якщо кондиціонер стоїть високо, тепле повітря буде йти вгору, а холодне опускатися. Важливо також грамотно вибрати пластинчасті теплообмінники або будь-якого іншого типу, які підійдуть конкретно для цієї системи.
Кстаті, ще один цікавий приклад – чилери з повітряним охолодженням. Там вентилятор спеціально створює повітряні потоки для відводу тепла.
Читайте також як термометр дізнається температуру
Наші спеціалісти застосовують принцип конвекції в реальних проектах, коли розраховують, де поставити повітроводи та вентиляційні решітки, щоб створити правильний потік повітря.
Види конвекції та їх застосування в охолодженні
Види конвекції, про що вже було сказано вище, бувають різні, але ми найчастіше стикаємося з двома – природною та вимушеною. Ось що важливо – вибір виду безпосередньо залежить від завдання.
Наприклад, якщо потрібно рівномірно охолодити великий об’єм повітря – застосовуємо вимушену конвекцію за допомогою вентиляторів. А якщо потрібно просто підтримувати повітрообмін, то достатньо природної конвекції.
У холодильних установках без конвективного теплообміну не вийде рівномірно охолоджувати продукти. Наші спеціалісти на практиці стикалися з цим. Коли вентилятор не працює, температура в різних зонах сильно відрізняється.
Досвід компанії Термоком, накопичений за більш ніж 11 років роботи з охолоджуючими та кліматичними системами, показує: правильно спроектована конвекція допомагає зберігати стабільну температуру і знижувати навантаження на обладнання.
Чому ми розповідаємо про це
Ми вважаємо, що знання про явище конвекції допомагає краще розуміти, як працює техніка навколо нас. Ми працюємо в цій сфері вже багато років і знаємо, що навіть прості речі, такі як конвекція, впливають на якість охолодження, опалення та вентиляції. Наші експерти діляться цією інформацією, щоб допомогти людям вибирати і використовувати кліматичне обладнання правильно.
Часто задавані питання (FAQ)
Що таке конвекція простими словами?
Конвекція це простими словами рух повітря або рідини, який переносить тепло. Наприклад, коли нагріте повітря піднімається, а холодне опускається – це і є конвекція.
У чому різниця між конвекцією та теплопровідністю?
Теплопровідність – це передача тепла через матеріал без руху, наприклад, через метал. Конвекція це коли тепло переноситься разом з рухомим повітрям або рідиною.
Де ми використовуємо конвекцію в побуті?
Конвекція це основа роботи обігрівачів, кондиціонерів, печей і холодильників. Всюди, де повітря або вода рухаються і передають тепло, працює конвекція.
Чому важливо враховувати конвекцію в системах охолодження?
Наш досвід показує, що без правильної конвекції охолодження буде нерівномірним. Це може призвести до поломки обладнання (охолоджувач води промисловий) або псування продуктів у холодильниках.
Що таке природна та вимушена конвекція?
Природна конвекція – це коли повітря або рідина рухаються самі. Вимушена – коли для руху використовується вентилятор або насос.
Які помилки бувають при проектуванні конвекційних систем?
Багато спеціалістів кажуть, що помилки часто пов’язані з неправильним розташуванням вентиляції або недостатнім урахуванням теплових потоків. Це знижує ефективність роботи обладнання, наприклад, такого як абсорбційні чилери.
Список використаних джерел:
- Інгерлейб Ф. П. Теплопередача. – Technische Universität München, 2012.
- Incropera F. P., DeWitt D. P. Heat Transfer. – John Wiley & Sons, 2007.
- Schmidt F. W., Henderson R. E. Thermal Sciences: An Introduction to Thermodynamics, Fluid Mechanics, and Heat Transfer. – CRC Press, 2010.
