Het belangrijkste verschil tussen natuurlijke en geforceerde convectie is dat bij natuurlijke convectie de beweging van de vloeistof wordt beïnvloed door natuurlijke middelen, terwijl bij geforceerde convectie de beweging van vloeistoffen wordt beïnvloed door externe middelen. Het verschil tussen natuurlijke en geforceerde convectie met betrekking tot warmteoverdracht is dat er geen externe factoren zijn die de warmteoverdracht bij natuurlijke convectie beïnvloeden, terwijl externe factoren warmteoverdracht bij geforceerde convectie kunnen veroorzaken.
Convectie is een methode van warmteoverdracht via bulkbeweging van de moleculen in een vloeistof (zoals een gas of een vloeistof). Het is in twee soorten als natuurlijke en geforceerde convectie volgens de manier van initiatie van de beweging van vloeistof.
Wat is natuurlijke convectie?
Natuurlijke convectie is een methode van warmteoverdracht waarbij natuurlijke middelen de beweging van de vloeistof beïnvloeden. Er is geen invloed van externe feiten. Deze beweging van moleculen in de vloeistof is te wijten aan de verschillen tussen dichtheden van verschillende regio's van dezelfde vloeistof. De dichtheid van een vloeistof neemt af wanneer deze opwarmt en vice versa. Dat komt door de thermische uitzetting van de vloeistof (de snelheid van moleculen neemt toe met de temperatuurstijging, wat resulteert in een toename van het volume van de vloeistof. Hoewel het volume toeneemt, blijft de massa constant. Daarom neemt de dichtheid af).
Wanneer we een vloeistof in een container vanaf de bodem verwarmen, neemt de dichtheid van de onderste laag van de vloeistof af. Dan heeft het gebied met lagere dichtheid de neiging om naar de bovenkant van de container te gaan. Dan vervangt de koelere vloeistof aan de bovenkant van de container het onderste gebied. Dit gaat door, met als resultaat dat er convectie optreedt.
Figuur 01: Mechanisme van natuurlijke convectie
Voorbeelden van natuurlijke convectie zijn onder meer het afkoelen van een gekookt ei wanneer het in de normale lucht wordt bewaard, verlies van koelte van een koel blikje, enz. Bij het beschouwen van het mechanisme van natuurlijke convectie, eerst de temperatuur van de buitenkant van een heet voorwerp (in koude lucht bewaard) v alt naar beneden. Tegelijkertijd zal door de warmteoverdracht de temperatuur van de lucht naast het object stijgen. Dan neemt de dichtheid van deze aangrenzende luchtlaag af. Hierdoor stijgt de lucht naar boven. Koude lucht zal deze regio vervangen. Dan gaat de convectie verder. Uiteindelijk zal het object afkoelen.
Wat is geforceerde convectie?
Geforceerde convectie is een methode van warmteoverdracht waarbij externe middelen de beweging van de vloeistof beïnvloeden. Daar zijn externe bronnen zoals pompen, ventilatoren, afzuiginrichtingen, enz. nuttig bij het genereren van de vloeistofbeweging. Deze methode is zeer waardevol omdat het de warmte van een verwarmd object efficiënt kan overbrengen. Enkele veelvoorkomende voorbeelden van dit mechanisme zijn airconditioning, stoomturbines, enz.
Als we kijken naar het mechanisme van geforceerde convectie, heeft het een ingewikkelder mechanisme dan de natuurlijke manier. Dat komt omdat we bij deze methode twee factoren moeten reguleren; vloeiende beweging en warmtegeleiding. Deze twee factoren hebben een sterke samenhang, omdat de vloeistofbeweging de warmteoverdracht kan verbeteren. Vb: hoe hoger de bewegingssnelheid van de vloeistof, hoe hoger de warmteoverdracht.
Wat is het verschil tussen natuurlijke en geforceerde convectie?
Natuurlijke convectie is een methode van warmteoverdracht waarbij de beweging van de vloeistof op natuurlijke wijze wordt beïnvloed. Geforceerde convectie is een methode van warmteoverdracht waarbij de beweging van de vloeistof wordt beïnvloed door externe middelen. Bij het overwegen van de factoren die de warmteoverdracht beïnvloeden, zijn er geen externe factoren die de warmteoverdracht bij natuurlijke convectie beïnvloeden, terwijl externe factoren warmteoverdracht bij geforceerde convectie kunnen veroorzaken.
De vloeistofbeweging in natuurlijke convectie ontstaat als gevolg van de verandering van de dichtheid van vloeistof bij verwarming. De vloeistofbeweging bij geforceerde convectie wordt echter gegenereerd als gevolg van een externe bron zoals pompen, ventilatoren, zuiginrichtingen. Het afkoelen van een gekookt ei wanneer het in de normale lucht wordt bewaard, verlies van koelte van een koel blikje, enz. kunnen worden opgenomen als voorbeelden van natuurlijke convectie, en airconditioning, stoomturbines, enz. zijn voorbeelden van geforceerde convectie.
Samenvatting – Natuurlijke versus geforceerde convectie
Convectie komt in twee vormen voor als natuurlijke convectie en geforceerde convectie. Het verschil tussen natuurlijke en geforceerde convectie is dat bij natuurlijke convectie de natuurlijke middelen de beweging van de vloeistof beïnvloeden, terwijl bij geforceerde convectie externe middelen de beweging van de vloeistof beïnvloeden.
