Doğal ve zorlamalı konveksiyon arasındaki temel fark, doğal konveksiyonda sıvının hareketinin doğal yollarla etkilenirken, zorlamalı konveksiyonda sıvıların hareketinin harici yollarla etkilenmesidir. Isı transferi ile ilgili doğal ve zorlanmış taşınım arasındaki fark, doğal taşınımda ısı transferini etkileyen hiçbir dış faktörün olmaması, zorlanmış taşınımda ise dış faktörlerin ısı transferine neden olabilmesidir.
Konveksiyon, bir sıvıdaki (gaz veya sıvı gibi) moleküllerin toplu hareketi yoluyla bir ısı transferi yöntemidir. Akışkanın hareketini başlatma şekline göre doğal ve zorlanmış konveksiyon olmak üzere iki çeşittir.
Doğal Konveksiyon Nedir?
Doğal konveksiyon, doğal araçların sıvının hareketini etkilediği bir ısı transferi yöntemidir. Dış gerçeklerin etkisi yoktur. Moleküllerin akışkan içindeki bu hareketi, aynı akışkanın farklı bölgelerinin yoğunlukları arasındaki farklardan kaynaklanır. Bir sıvının yoğunluğu ısındığında azalır ve bunun tersi de geçerlidir. Bunun nedeni sıvının termal genleşmesidir (sıcaklık arttıkça moleküllerin hızı artar, bu da sıvının hacminin artmasına neden olur. Hacim artmasına rağmen kütle sabit kalır. Dolayısıyla yoğunluk azalır).
Bir kabın içindeki bir sıvıyı tabanından ısıttığımızda, sıvının alt tabakasının yoğunluğu azalır. Daha sonra düşük yoğunluklu bölge, kabın tepesine doğru hareket etme eğilimindedir. Daha sonra kabın üst kısmındaki soğutucu akışkan alt bölgenin yerini alır. Bu devam eder, sonuç olarak konveksiyon meydana gelir.
Şekil 01: Doğal Konveksiyon Mekanizması
Doğal konveksiyon örnekleri arasında normal havada tutulduğunda haşlanmış yumurtanın soğutulması, soğuk bir içecek kutusunun soğuması vb. sıcak nesne (soğuk havada tutulan) aşağı düşer. Aynı zamanda, ısı transferi nedeniyle nesneye bitişik havanın sıcaklığı yükselecektir. Daha sonra bu bitişik hava tabakasının yoğunluğu azalır. Sonuç olarak, hava yukarı doğru yükselir. Soğuk hava bu bölgenin yerini alacak. Daha sonra konveksiyon devam eder. Sonunda nesne soğuyacak.
Zorunlu Konveksiyon Nedir?
Zorunlu konveksiyon, dış araçların sıvının hareketini etkilediği bir ısı transferi yöntemidir. Orada pompalama, fanlar, emme cihazları vb. gibi harici kaynaklar sıvı hareketinin üretilmesinde faydalıdır. Bu yöntem çok değerlidir çünkü ısıtılmış bir nesneden ısıyı verimli bir şekilde aktarabilir. Bu mekanizmanın bazı yaygın örnekleri arasında klima, buhar türbinleri vb. bulunur.
Zorlanmış konveksiyon mekanizması düşünüldüğünde, doğal yoldan daha karmaşık bir mekanizmaya sahiptir. Çünkü bu yöntemde iki faktörü düzenlememiz gerekiyor; akışkan hareketi ve ısı iletimi. Akışkan hareketi ısı transferini artırabileceğinden, bu iki faktörün güçlü bir bağlantısı vardır. Örn: akışkanın hareket hızı ne kadar yüksekse, ısı transferleri o kadar yüksek olur.
Doğal ve Zorlanmış Konveksiyon Arasındaki Fark Nedir?
Doğal konveksiyon, sıvının hareketinin doğal yollarla etkilendiği bir ısı transferi yöntemidir. Zorlanmış konveksiyon, akışkanın hareketinin harici araçlardan etkilendiği bir ısı transferi yöntemidir. Isı transferini etkileyen faktörler göz önüne alındığında, doğal konveksiyonda ısı transferini etkileyen herhangi bir dış faktör bulunmazken, zorlanmış konveksiyonda dış faktörler ısı transferine neden olabilir.
Doğal konveksiyondaki akışkan hareketi, ısıtıldığında akışkanın yoğunluğunun değişmesi sonucu oluşur. Ancak cebri konveksiyonda akışkan hareketi pompa, fan, emiş cihazları gibi harici bir kaynak sonucunda oluşur. Haşlanmış yumurtanın normal havada tutulduğunda soğutulması, soğuk bir içecek kutusunun soğuması vb. doğal konveksiyona örnek olarak verilebilir ve klima, buhar türbinleri vb. cebri konveksiyona örnek olarak verilebilir.
Özet – Doğal ve Zorlanmış Konveksiyon
Konveksiyon, doğal konveksiyon ve zorlanmış konveksiyon olmak üzere iki şekildedir. Doğal ve zorlanmış taşınım arasındaki fark, doğal taşınımda doğal araçların sıvının hareketini etkilemesi, zorlamalı taşınımda ise dış araçların sıvının hareketini etkilemesidir.
