Конвекция (перемещение масс)

КОНВЕКЦИЯ (от латинского convectio - доставка), перемещение масс газа, жидкости или плазмы под воздействием сил различной природы. При наличии градиента температур конвекция является одним из механизмов теплообмена. В зависимости от причин, порождающих конвекцию, возникают различные виды конвекции - свободная, вынужденная и капиллярная.

Свободная (естественная) конвекция происходит в поле силы тяжести в неоднородной (например, вследствие разницы температур или концентраций) по плотности сплошной среде: менее плотные участки объёма в силу Архимеда закона перемещаются вверх. Пример свободной конвекции - движение воздуха в помещении при наличии отопительного прибора: тёплый (и менее плотный) воздух поднимается, освобождая место для более холодного и плотного. В результате в помещении развивается вихревое движение воздуха. Свободная конвекция играет важную роль в природе, вызывая движение воздушных масс в атмосфере, воды в океанах и т.п., а также используется в технике (смотри Конвективный теплообмен).

Вынужденная конвекция вызывается внешним механическим воздействием на среду. Примеры вынужденной конвекции: движение воздуха под действием вентилятора, течение жидкости под действием насоса. Частным случаем вынужденной конвекции являются процессы, происходящие при движении тела в покоящейся среде и играющие существенную роль в аэродинамике полётов.

Капиллярная конвекция возникает у свободной поверхности жидкости в том случае, когда на ней существуют перепады значений поверхностного натяжения. Основная причина таких перепадов - изменение температуры вдоль свободной поверхности жидкости (термокапиллярная конвекция). К капиллярной конвекции приводит также присутствие в жидкости поверхностно-активной примеси с неоднородным распределением концентрации. Интенсивность капиллярной конвекции в обычных условиях на фоне вынужденной или свободной конвекции довольно мала. Однако в условиях невесомости, когда свободная конвекция отсутствует, роль капиллярной конвекции для некоторых физических и технологических процессов становится существенной (например, она влияет на увеличение скорости роста монокристаллов, процессы плавления и т. д.).