Lämpövirtaukseen

Lämpövirtaukseen, jota usein kutsutaan konvektioksi, viitataan lämmönsiirtoon nesteessä tai kaasussa, jonka aiheuttaa lämpötilojen aiheuttama fluidin makroskooppinen kiertoliike. Käytännössä lämpö siirtyy sekä massaliikkeen mukana että johtumisen kautta, mutta konvektio kuvaa nimenomaan sitä osaa siirrosta, jonka määrää fluidin liikettä ohjaavat lämpötilaerot.

Konvektio voidaan jakaa luonnolliseen ja pakotettuun. Luonnollinen konvektio syntyy, kun lämpimämpi fluidi kohoaa ja viileämpi tiheämpi fluidi laskeutuu, mikä luo kiertoa. Pakotettu konvektio syntyy ulkoisesta voimasta, kuten tuulettimesta, pumpusta tai paine-erosta johtuvasta virrasta. Virtaus voi olla laminaarinen tai turbulentti riippuen Reynolds-luvusta, ja konvektion teho mitataan usein lämpötilagradien sekä virtauksen mukaan kasvaneella koottuine mittareineen.

Suunnittelussa konvektion arvioiminen käyttää usein koepitoinen koeffisiineh koeffisienttia h, jolloin Q = hAΔT kertoo siirretyn tehon. Eri ilmiöiden kuvaamisessa käytetään myös dimensiomääräisiä lukuja: Rayleigh-lukua Ra luonnollisessa konvektiossa, Prandtl-lukua Pr nesteen tai kaasun diffuusioista, sekä Nusselt-lukua Nu, joka mittaa konvektion tehostunutta lämpösiirtoa verrattuna pelkkään johtumiseen. Näitä lukuja käytetään sekä teoreettisissa malleissa että kokeellisissa suunnittelutilanteissa.

Sovelluksia ovat rakennusten ilmanvaihto ja jäähdytys, teolliset lämpövaihtimet sekä elektronisten laitteiden ja ajoneuvojen jäähdytys. Myös meteorologia ja merivirrat sekä geotermiset järjestelmät hyödyntävät konvektion periaatteita. Lämpövirtaukseen on keskeinen mekanismi lämpösiirrossa ja se vaikuttaa sekä energiatehokkuuteen että järjestelmien vakauteen.