КОНВЕКЦИЯ СВОБОДНАЯ

Конвекция свободная - процесс теплообмена на нагретой или охлажденной поверхности, свободно расположенного в неограниченном объеме неподвижного воздуха. Конвекция свободная вызывается действием гравитационных сил (за счет разности температур поверхность — воздух) и вязкостью воздуха. В потоке около вертикальной поверхности образуется пограничный слой, толщина которого вначале возрастает по направлению движений. На расстоянии Кр от нижней границы вязкий (ламинарный) слой переходит в турбулентный с постоянной толщиной и неизменной интенсивностью конвективного теплообмена. В помещениях при небольших разностях температур на поверхностях критический размер Кр не превышает 0,3 метра. При увеличении разности температур расстояние еще более сокращается, что позволяет принимать режим движения турбулентным по всей высоте свободно расположенной поверхности. В области турбулентного режима локальные и средние значения коэффециента конвективного теплообмена одинаковы (автомодельный режим).
Движение воздуха в режиме конвекции свободной около горизонтальных поверхностей происходит иначе, чем около вертикальных. Воздух к средней части нагретой (обращенной вверх) и охлажденной (обращенной вниз) поверхности поступает по нормали. Возникает так называемый "сахара-эффект", при котором воздух подходит к поверхности по границам своеобразных шестигранников и отходит в их центрах. К границам поверхности небольших размеров воздух подтекает беспрепятственно, и коэффециент конвективного теплообмена возрастает. При увеличении площади поверхности подтекание воздуха ухудшается и значение ак снижается. Заметное снижение интенсивности конвективного теплообмена наблюдается около нагретых горизонтальных поверхностей, обращенных вниз. Здесь так же, как и в первом случае, с увеличением площади поверхности осложняется подтекание воздуха к ней и средний коэффециент конвективного теплообмена уменьшается. В практических расчетах используют ту же общую зависимость, принимая численный коэффециент равным 1,16 при направлении теплового потока сверху вниз и 2,26 — снизу вверх.