Convectie, stroming

Betekenis

Convectie is de overdracht van warmte die plaatsvindt doordat een medium (bijv. lucht of water) stroomt en daarbij warmte uitwisselt met een wand. Daardoor ontstaan warmtestromen die afhangen van eigenschappen van het medium en de beweging ervan.

Toepassing

Convectie komt voor in veel alledaagse en technische situaties.

• Luchtstromen rond een voorwerp dat warmer of kouder is dan de omgeving.
• Radiatoren die lucht opwarmen en die warmte later afgeven aan meubels, muren en personen.
• Vochttransport via luchtlekken in een constructie.
• Groot-schalige stromingen zoals de langzame beweging van gesteente in de aardmantel.

Aandachtspunten

• Variabele afhankelijkheid: warmtestroom hangt af van gaseigenschappen (ρ, Cp; dichtheid, viscositeit).
• Ruimteparameter: spouwruimte beïnvloedt convectie via afstand (d) en oppervlakte (A).
• Warmteoverdrachtscoëfficiënt h: beïnvloedt de mate van warmteoverdracht en hangt af van medium, wandmateriaal en stromingsvorm.
• Temperatuursverschil ΔT en de snelheid van het medium (bv. door drukverschil) bepalen richting en grootte van de warmtestroom.
• Tekenconventie: warmte stroomt van hoge naar lage temperatuur.
• Isolatiekarakteristiek: een ideaal isolatiemateriaal is een slechte geleider, voorkomt convectie en straalt geen infraroodlicht uit.

Werking / formule

De hoeveelheid warmteoverdracht bij convectie kan in eenvoudige gevallen worden berekend met de Wet van Newton: Q = h · ΔT · A

Waarbij:

• Q = warmtetransport (W)
• ΔT = T heet − T koud (K)
• h = warmteoverdrachtscoëfficiënt (W/m²·K), afhankelijk van materiaalsoorten en soort warmtestroming (bijv. buis, evenwijdige vlakken)
• A = oppervlakte (m²)

Soorten convectie

• Gedwongen convectie (geforceerde convectie): stroming wordt veroorzaakt door een externe bron zoals een ventilator of pomp.
• Vrije convectie (natuurlijke convectie): stroming ontstaat door dichtheidsveranderingen in het medium door verwarming, zonder externe aandrijving.
  • Voorbeelden: stijgende warme lucht boven verwarmde oppervlakken; luchtstromen rond een verwarmingslichaam zoals een cv-radiator; dalende koude lucht rond een koude fles.

Vergelijking met geleiding en straling

• Convectie: overdracht van warmte door beweging van een medium en contact tussen dat medium en een wand.
• Geleiding (conductie): transport van warmte binnen één object of tussen aangrenzende media zonder bulkbeweging.
• Straling: warmteoverdracht door elektromagnetische straling (voornamelijk infrarood) onafhankelijk van medium.