Thermische Konvektion

Thermische Konvektion ist eine Wärmeübertragung durch Massenbewegung eines Fluids, das entweder eine Flüssigkeit oder typischerweise Luft sein kann. Die Bewegung von Molekülen innerhalb des konvektiven Mediums von Flüssigkeiten findet statt, wenn zwischen einer festen Oberfläche und der sie umgebenden Flüssigkeit ein Temperaturgradient oder eine künstlich induzierte Konvektionsströmung besteht. Die Konvektion hängt von der Beweglichkeit des Fluids und dem aktiven Oberflächenbereich ab, der dem strömenden Fluid ausgesetzt ist. Die Beweglichkeit des Fluids wird durch den Wärmeübergangskoeffizienten ausgedrückt, der die Proportionalitätskonstante zwischen dem Wärmefluss und der thermodynamischen Triebkraft für den Wärmefluss ist. Wenn die Flüssigkeitsbewegung nicht durch eine externe Quelle erzeugt wird, sondern durch die Auftriebskraft, die durch thermische Gradienten zwischen der Flüssigkeit und dem Festkörper induziert wird, wird die Wärmeübertragung als natürliche Konvektion betrachtet. Mit anderen Worten, die natürliche Konvektion nutzt die Auftriebskraft, die durch thermische Gradienten zwischen dem Fluid und dem Feststoff induziert wird. Ein in diesem Modus arbeitender Kühlkörper wird als passiver Kühlkörper bezeichnet, der einen Wärmedurchgangskoeffizienten zwischen 5-20 W/m2 K hat. Wird durch äußere Kräfte eine Strömung erzeugt, wird die Wärmeübertragung erzwungen Konvektion. Die Verwendung einer externen Kraft, die durch Lüfter, Heatpipes, synthetische Düsen oder Flüssigkeitskühlelemente erzeugt wird, um die Wärmeübertragung zu erhöhen, wird als aktive Kühlung bezeichnet. Mit erzwungener Konvektion kann die Geschwindigkeit der Luft, die sich durch einen Kühlkörper bewegt, drastisch über die natürliche Konvektion hinaus erhöht werden, mit Wärmeübertragungskoeffizienten im Bereich von 25 bis 250 W/m2 K für Luft und 100 bis 20,{{7} } W/m2 K für Flüssigkeiten.