Konvekcija

**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:
# Toplina se prenosi pasivno, gibanjem fluida koje bi se dogodilo i bez procesa grijanja. Ovaj slučaj konvekcije se najčešće naziva **prisilna konvekcija**.
# 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:

:H_{prirodno}=hA\Delta T,\ h=h(\Delta T,\varphi),\ [h]=\mathrm\frac{W}{m^2K}

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:

:H_{prisilno}=hA\Delta T,\ h\neq h(\Delta T)

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. 
: Ar= \frac{Gr}{Re^2} 

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.
: Pe=\frac{U L}{\alpha }

## 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.