“convection”是名词,意为“对流;传导;对流现象”,常用于描述流体(气体或液体)中因温度差异导致的热量传递现象,在科学、工程和日常生活的多个领域有广泛应用,常见搭配有“natural convection(自然对流)”“forced convection(强制对流)”等。
“convection”源自拉丁语“convectionem”,本意是“to carry together”(一起携带),在物理学中,它特指由于流体内部不同部分温度不同,导致密度差异,进而引起流体运动并实现热量传递的一种方式。简单来说,就是热流体上升,冷流体下降,形成循环流动,从而实现热量的转移。
物理学:在热传递的研究中,“convection”是一个核心概念。例如,在研究地球大气层的热量分布时,自然对流起着关键作用。太阳加热地面,地面附近的空气受热膨胀,密度减小而上升,形成上升气流;同时,高空的冷空气下沉补充,这样就形成了一个对流循环,将热量从地面传递到高空。
工程学:在许多工程系统中,对流现象都需要被充分考虑。比如在换热器的设计中,工程师需要利用对流原理来提高热量的传递效率。通过优化流体的流动方式和速度,可以增强对流换热的效果,从而提高换热器的性能。
烹饪:在烹饪过程中,对流现象也经常出现。例如,在烤箱中,热空气通过对流在烤箱内部循环,使食物均匀受热。这就是为什么我们通常会将烤盘放在烤箱的中间位置,以便更好地利用对流热来烹饪食物。
供暖系统:在一些供暖系统中,也会利用对流原理来传递热量。比如,传统的暖气片通常安装在窗户下方,当暖气片加热周围的空气时,热空气上升,冷空气从窗户下方补充进来,形成对流循环,从而使整个房间的温度逐渐升高。
natural convection(自然对流):指由于流体内部温度差异引起的密度差异而产生的自然流动,不需要外部力量的作用。例如,前面提到的地球大气层的对流和烤箱中热空气的循环都属于自然对流。
forced convection(强制对流):指通过外部力量(如风扇、泵等)使流体产生强制流动,从而增强对流换热效果。在一些工业设备中,为了提高散热效率,常常会采用强制对流的方式,如使用风扇来加速空气的流动,带走设备产生的热量。