Конвективний теплообмін, процес перенесення тепла, що відбувається в рухомих плинних середовищах (рідинах або газах) і обумовлений спільною дією двох механізмів перенесення тепла, — власне конвективного перенесення і теплопровідності . Таким чином, у випадку До. т. поширення тепла в просторі здійснюється за рахунок перенесення тепла при переміщенні плинного середовища з області з вищою температурою в область з меншою температурою, а також за рахунок теплового руху мікрочасток і обміну кінетичною енергією між ними. У зв'язку з тим, що для неелектропровідних середовищ інтенсивність конвективного перенесення дуже велика в порівнянні з теплопровідністю, остання при ламінарном перебігу грає роль лише для перенесення тепла в напрямі, поперечному перебігу середовища. Роль теплопровідності при До. т. більш значительна при русі електропровідних середовищ (наприклад, рідких металів). В цьому випадку теплопровідність істотно впливає і на перенесення тепла у напрямі руху рідини. При турбулентному перебігу основну роль в процесі перенесення тепла впоперек потоку грає пульсаційне переміщення турбулентних вихорів впоперек перебігу рідини. Участь теплопровідності в процесах До. т. приводить до того, що на ці процеси роблять істотний вплив теплофізичні властивості середовища: коефіцієнт теплопровідності, теплоємність, щільність .
У зв'язку з тим, що в процесах До. т. важливу роль грає конвективне перенесення, ці процеси повинні значною мірою залежати від характеру руху рідини, тобто від значення і напряму швидкості середовища, від розподілу швидкостей в потоці, від режиму руху рідини (ламінарноє течія або турбулентне). При великих (надзвукових) швидкостях руху газу на процеси До. т. починає впливати розподіл тиску в потоці. Якщо рух рідини обумовлений дією деякого зовнішнього спонукача (насоса, вентилятора, компресора і т.п.), то такий рух називають вимушеним, а що відбувається при цьому процес До. т. — вимушеною конвекцією. Якщо рух рідини викликаний наявністю неоднорідного поля температури, а отже, і неоднорідній щільності в середовищі, то такий рух називають вільним або природним, а процес До. т. — вільною або природною конвекцією. На практиці зустрічаються і такі випадки, коли доводиться враховувати як вимушену, так і вільну конвекцію .
найцікавішим з точки зору технічних застосувань злучаємо До. т. є конвективна тепловіддача, тобто процес два До. т., що протікає на кордоні розділу двох фаз (твердою і рідкою, твердою і газоподібною, рідкою і газоподібною). При цьому завдання розрахунку полягає в знаходженні щільності теплового потоку на кордоні розділу фаз, тобто величини, що показує, яку кількість тепла отримує або віддає одиниця поверхні розділу фаз за одиницю часу. Окрім вказаних вище чинників, що впливають на процес До. т., щільність теплового потоку залежить також від форми і розмірів тіла, від міри шорсткості поверхні, а також від температур поверхні і теплоотдающей або тепловоспрінімающей середовища.
Для опису конвективної тепловіддачі використовується формула:
q cт = а( Т 0 —Т ст ) ,
де q cт — щільність теплового потоку на поверхні, вт/м 2 ; a — коефіцієнт тепловіддачі, Вт /(м 2 ·°С); T 0 і Т ст — температури середовища (рідини або газу) і поверхні відповідно. Величину T 0 — Т ст часто позначають D Т і називається температурним натиском . Коефіцієнт тепловіддачі а характеризує інтенсивність процесу тепловіддачі; він зростає при збільшенні швидкості руху середовища і при переході від ламінарного режиму руху до турбулентного у зв'язку з інтенсифікацією конвективного перенесення. Він також завжди більше для тих середовищ, в яких вище коефіцієнт теплопровідності. Коефіцієнт тепловіддачі істотно підвищується, якщо на поверхні відбувається фазовий перехід (наприклад, випар або конденсація), що завжди супроводиться виділенням (поглинанням) прихованої теплоти. На значення коефіцієнт тепловіддачі сильний вплив надає масообмін на поверхні.
Основний і найбільш важкою проблемою в розрахунках процесів конвективної тепловіддачі є знаходження коефіцієнта тепловіддачі а. Сучасні методи опису процесу До. т. засновані на теорії пограничного шару, дозволяють отримати теоретичні (точні або наближені) рішення для деяких досить простих ситуацій. У більшості ж випадків, що зустрічаються на практиці, коефіцієнт тепловіддачі визначають експериментальним дорогою. При цьому як результати теоретичних рішень, так і експериментальні дані обробляються методами подібності теорії і представляються зазвичай в наступному безрозмірному вигляді: Nu = f ( Re, Pr ) — для вимушеної конвекції і Nu = f ( Gr, Pr ) — для вільної конвекції,
де Nu = — Нуссельта число, - безрозмірний коефіцієнт тепловіддачі ( L — характерний розмір потоку, l — коефіцієнт теплопровідності); Re = — Рейнольдса число характеризуюче співвідношення сил інерції і внутрішнього тертя в потоці ( u — характерна швидкість руху середовища, u — кінематичний коефіцієнт в'язкості); Pr = — Прандтля число, що визначає співвідношення інтенсивностей термодинамічних процесів (а — коефіцієнт температуропровідності); Gr = Грассхофа число, що характеризує співвідношення архімедівських сил, сил інерції і внутрішнього тертя в потоці ( g — прискорення вільного падіння, b — термічний коефіцієнт об'ємного розширення).
Процеси До. т. надзвичайно широко поширені в техніці (енергетиці, холодильній техніці, ракетній техніці, металургії, хімічній технології), а також в природі (перенесення тепла в атмосфері, в морях і океанах).
Літ.: Еккерт Е.-Р., Дрейк Р.-М., Теорія тепло- і масообміну, пер.(переведення) з англ.(англійський), М. — Л., 1961; Гухман А. А., Вживання теорії подібності до дослідження процесів тепло- і масообміну (Процеси перенесення в рухомому середовищі), М., 1967; Ісаченко Ст П., Осипова Ст А., Сукомел А. С., Теплопередача, М., 1969.
