Vad är forcerad konvektion?

Konvektion beskriver effekten av värme från rörliga vätskor eller gaser på ett fast föremål. Vid forcerad konvektion förbättras eller skapas flödet av vätskan eller gasen artificiellt. Fläktar är ett vanligt sätt att tvinga fram gaser, medan pumpar ofta används med vätskor. Forcerad konvektion fungerar vanligtvis snabbare än standardkonvektion.
Ett enkelt exempel på forcerad konvektion skulle vara att smälta en isbit med varmt vatten. En isbit kommer att smälta naturligt i en stilla pöl med varmt vatten. Naturlig konvektion skulle resultera i att vattnet runt isbiten blir svalare och mindre effektivt när det gäller att smälta isbiten allt eftersom processen fortskrider. Om varmt vatten tvingades över isbiten kontinuerligt, skulle vattnet inte svalna och isbiten skulle smälta mycket snabbare.

Effektiviteten av värmekonvektion bestäms av flera faktorer. Generellt gäller att ju större exponerad yta på ytan som ska värmas, desto svårare är det att värma. Därför måste strömmen av gas eller vätska justeras därefter. Detta åstadkommes ofta genom tillsats av en konstgjord källa för att öka flödet av vätskor eller gas.

Hastigheten på konvektionsströmmen är också viktig. I allmänhet är snabbare strömmar mer effektiva. Vindkyla är ett bra exempel på denna effektivitet. En person som står i kraftig vind kommer att svalna snabbare än en person i stillastående luft, eftersom den varma huden utsätts för en större volym kall luft inom en given tid.

Skillnad i temperatur påverkar också hastigheten med vilken forcerad konvektion sker. Ytor som utsätts för en konvektionsström med mycket högre temperatur kommer att värmas snabbare. Värmekonvektion saktar ner när objektet närmar sig strömtemperaturen.

Tjockare vätskor och gaser är vanligtvis mer effektiva vid värmeöverföring. Detta är problematiskt, eftersom många tjockare gaser och vätskor kräver mer kraft för att upprätthålla effektiv hastighet i en konvektionsström. Man måste också se till att vätskan eller gaserna förblir rörliga när de svalnar.

Även om det primära fokuset för forcerad konvektion ofta är föremålet som ska värmas eller kylas, är det viktigt att komma ihåg att temperaturöverföringen går åt båda hållen. När en konvektionsström värmer ett föremål, överförs den lägre temperaturen på föremålet till strömmen. Att bestämma temperaturförändringen i både objektet och strömmen är viktigt när man ska bedöma effektiviteten hos den forcerade konvektionsmetoden.
Värmeöverföringsanalys utförs antingen manuellt eller av programvara. Det finns många variabler, men det finns två primära indikationer på effektiviteten av en påtvingad konverteringsmetod. Den första indikationen är temperaturökningen i ytan som ska värmas upp. Den andra indikationen är skillnaden i temperatur hos konvektionsströmmen före och efter att den har passerat över ytan. Ju större skillnaden är, desto mer användbar är konvektionsmetoden.