# Konvekcija

|  |  |
| --- | --- |
| Opis  |  Grafikon topline  |
| Izvor  |  [1]  |
| Datum  |  14. listopad 2009.  |
| Autor  |  Frank P. Incropera  |
| Objašnjenje  |  Ovaj grafikon prikazuje toplinsku konvekciju. Crvena boja i boje bliže crvenoj pokazuju toplije dijelove, a plava boja pokazuje hladne dijelove. Ovaj graf je iz modela što prikazuje zemljin omotač.  |

**Konvekcija** je usmjereno gibanje odnosno strujanje fluida (kapljevina i plinova), topliji fluid se giba prema hladnijem i predaje toplinu okolini. Konvekcija je jedan od glavnih načina prijenosa topline. U fluidima se promjena topline odvija kroz difuziju i koherentno gibanje zraka. Difuzija je nasumično Brownovo gibanje pojedinačnih čestica u fluidu, dok je koherentno gibanje zraka prijenos topline u kojem se fluid ili toplina prenosi u većim strujama.

## Konvekcijski prijenos topline

Opći izraz riječi *konvekcija* često izostavlja riječ toplina, ali ipak se misli na konvekciju topline: to je slučaj u kojem je interes da se toplina odvede i rasprši. Postoje dvije glavne vrste konvekcije:

1. Toplina se prenosi pasivno, gibanjem fluida koje bi se dogodilo i bez procesa grijanja. Ovaj slučaj konvekcije se najčešće naziva **prisilna konvekcija**.
2. Toplina sama izaziva kretanje fluida (putem širenja i sile uzgona), dok se u isto vrijeme izaziva prijenos topline ovakvim skupnim gibanjem fluida. Ovaj proces se naziva **prirodna konvekcija**.

Oba tipa, **prisilna konvekcija** i **prirodna konvekcija**, mogu se odvijati zajedno. U tom slučaju nazivaju se **mješovita konvekcija**. **Konvekcijski prijenos topline** je mehanizam prijenosa topline koji nastaje zbog masovnog kretanja fluida. To može biti prikazano sa vodljivim prijenosom topline koje je prijenos energije vibracijama na molekularnoj razini kroz fluide i čvrsta tijela, i prijenos energije elektromagnetskim valovima. Pošto je konvekcija ovisna o masovnom gibanju, može se javljati samo u tekućinama, plinovima i višefaznim smjesama.

## Prirodna konvekcija

Prirodna je konvekcija posljedica razlike u temperaturi između dva mjesta u fluidu. Brzina strujanja je relativno mala. Kada se toplina prenosi opticajem fluida koji protječe zbog uzgona, kojem je uzrok zagrijavanja medija i promjena gustoće uslijed zagrijavanja, tada takav proces nazivamo **prirodna konvekcija**. Najpoznatiji primjeri su kotlovi za toplu vodu. Takvi kotlovi najčešće imaju dovod hladne vode koju moraju zagrijati odozdo, i zagrijavanjem vode na željenu temperaturu ona se kreće prema gornjoj stjenci kotla.

Tok topline kod prirodne konvekcije definiran je kao:

 WIKINIUM\_MATH\_PH\_0
gdje je *h* koeficijent prijenosa topline koji ovisi o temperaturi, brzini strujanja fluida, agregatnom stanju, specifičnom toplinskom kapacitetu, tlaku,...

## Prisilna konvekcija

Prisilna konvekcija je vrsta prijenosa topline u kojem se gibanje medija generira nekim vanjskim sredstvom (npr. pumpe, lopatice turbina, kompresori itd.). S prisilnom konvekcijom se najčešće susreću inženjeri koji projektiraju ili analiziraju izmjenjivače topline, cijevni protok i još neke slične uređaje ili procese. Međutim, u bilo kojoj situaciji gdje imamo prisilnu konvekciju u malim mjerama, pojavi se i prirodna konvekcija. Količina prirodne konvekcije u nekim slučajevima nije velika pa ju možemo zanemariti, a u drugim slučajevima ju ne zanemarujemo nego se takav proces naziva **mješovita konvekcija**.

Tok topline kod prisilne konvekcije definiran je kao:

 WIKINIUM\_MATH\_PH\_2
Kada analiziramo mješovitu konvekciju parametar zvan **Arhimedov broj** parametrizira relativnu snagu prirodne i prisilne konvekcije. Arhimedov broj je omjer Grashof-ovog broja i kvadrata Reynolds-ovog broja, koji predstavlja omjer uzgona sile i silu inercije.

 WIKINIUM\_MATH\_PH\_4
Kada prirodna konvekcija nije značajan čimbenik, matematička analiza prisilne konvekcije obično daje točan rezultat. Za prisilnu konvekciju značajni parametar je Peclet-ov broj. Taj broj je omjer koherentnog gibanja struje i difuzije (kretanje od višeg prema nižem tlaku) topline.

 WIKINIUM\_MATH\_PH\_6
## Plamen i konvekcija

U bestežinskom stanju ne može doći do sile uzgona pa ni do prirodne konvekcije. Pod tim uvjetima plamen ne može gorjeti jer se *uguši* u vlastitim plinovima. Međutim, plamen se može održati s bilo kojim oblikom prisilne konvekcije gdje se plinovi dobiveni izgaranjem odvode i hlade, a njihovo mjesto zauzima kisik koji zauzima mjesta niskog tlaka i podržava gorenje.