انتقال الحرارة بالحمل Convection Heat Transfer
هو انتقال الحرارة بين سطح صلب والمائع الذي يسري فوق ذلك السطح. وانتقال الحرارة بالحمل يحمل التأثيرين الحمل والتوصيل معا. و كلما كانت حركة المائع سريعة كلما كان معدل انتقال الحرارة أكبر. |
| انتقال الحرارة بالحمل |
بمعني ،ماذا سيحدث لو أنك وضعت قليلا من مادة ملونة داخل وعاء زجاجي مملوء بالماء، ثم اشعلت مصدر اللهب أسفل وعاء الماء، وراقبت الحركة التي تحدث في الماء نتيجة التسخين التدريجي؟
ستلاحظ ان طبقة الماء القريبة من اللهب كلما تسخن ترتفع إلى الأعلى حاملة معها الحرارة، ويحل محلها أسفل الوعاء طبقة باردة جديدة حتى تسخن فترتفع إلى الأعلى، وهكذا تستمر عميلة انتقال الحرارة بالحمل بين طبقات الماء على صورة تيارات من الماء الصاعد إلى الأعلى والنازل إلى أسفل ، لذا؛ تسمى عملية نقل الحرارة في السوائل والغازات انتقال الحرارة بالحمل.
وكلما ازدادت حرارة الموائع، قلت كثافتها، والموائع الأكثر سخونة ذات الكثافة الأقل، ترتفع إلى الأعلى والباردة تنخفض إلى الأسفل، وعندما تبرد الموائع الساخنة، تنخفض إلى الأسفل وترتفع الأكثر حرارة وتسمى تلك العملية (تيارات الحمل)، هذا ما يفسر طيران المنطاد بعد إشعال النار داخله، فالنار تسخن الهواء فيرتفع إلى الأعلى حاملا معه بالون المنطاد، ويقسم انتقال الحرارة بالحمل قسمين:
انتقال الحرارة بالحمل الطبيعي (بسبب اختلاف الكثافة بين طبقات المائع الساخنة وطبقات المائع الباردة كما في تسخين الماء في وعاء فوق اللهب، وكما يحدث في الطبيعة عندما تسخن المياه على سطح الأرض فتتبخر، تنتقل الحرارة بالحمل الطبيعي في الهواء الجوي)، وانتقال الحرارة بالحمل الإجباري أو القسري (بسبب وجود مضخات للسوائل لتحريك السوائل ودفعها كما في شبكة التدفئة المركزية، أو وجود مراو ح أو ضواغط لتحريك الغازات ودفعها كما فى مكيفات الهواء) وسنوضح اكثر فيما يلي كلا القسمين.
انتقال الحرارة بالحمل الطبيعي Natural convection
إذا وضعنا لوحا ساخنا في غرفة بها هواء أبرد من اللوح ولا توجد أي وسيلة لتحريك هذا الهواء فإن الهواء الملامس للوح سوف يسخن فيتحرك إلى أعلى نتيجة لانخفاض كثافته فيلامس طبقات الهواء الباردة التي تعلو اللوح فيبرد وتزداد كثافته فينزل مرة أخرى إلى اللوح الساخن، وهكذا يصعد ويهبط الهواء محدثا ما يسمى بتيارات الحمل الحر حول اللوح الساخن فتعمل على نقل الحرارة منه إلى الهواء المحيط بدون استخدام أي وسيلة خارجية. لذا يسمى انتقال الحرارة في هذه الحالة بالحمل الحر (الطبيعي).انتقال الحرارة بالحمل القسري ( الجبري)Forced convection:
أما إذا استخدمت وسيلة ما لتحريك الهواء على السطح كمروحة مثلا يصبح الحمل حملا جبريا. هنا يكون لدينا تحكم مباشر على حركة المائع وبالتالي نستطيع أن نصمم منظومات تفي بالتطبيقات المرغوبة في مجال التبريد تكييف الهواء. يضاف إلى ذلك أنه يكون من الممكن أن نحصل على سرعات أعلى بكثير في حالة الحمل القسري مقارنة بالحمل الطبيعي وبالتالي الحصول على معدلات أكبر لانتقال الحرارة.أمثلة على انتقال الحرارة بالحمل
هناك العديد من الأمثلة عل انتقال الحرارة بالحمل في الحياة اليومية ،ومن الأمثلة انتقال الحرارة من المشعات الحرارية إلى الهواء في أنظمة التدفئة ومن المكثف في الثلاجة إلى هواء الغرفة، أو من الأطعمة داخل الثلاجة إلى الهواء داخلها. كذلك فقدان الحرارة من المباني للهواء الخارجي في الشتاء أو من الهواء الخارجي إلى سطح المبنى الخارجي في الصيف. وعند غلي الماء حيث عندما يغلي الماء ، تنتقل الحرارة من الموقد إلى الإناء ، لتسخين الماء في القاع. يرتفع هذا الماء الساخن ويتحرك الماء البارد لأسفل ليحل محله ، مما يتسبب في حركة دائرية.
او عند ذوبان الجليد حيث يذوب الجليد لأن الحرارة تنتقل إلى الجليد من الهواء. نتيجة لذلك ، يذوب الجليد من مادة صلبة إلى سائلة. او عند إذابة تجميد الطعام المجمد - تذوب الأطعمة المجمدة بسرعة أكبر تحت الماء الجاري البارد مما لو تم وضعها في الماء. هذا لأن عمل الماء الجاري ينقل الحرارة إلى الطعام بشكل أسرع مما لو تم وضع العنصر المجمد في الماء الراكد.
و عندما يتم استخدام مروحة أو مضخة أو جهاز شفط لتسهيل الحمل الحراري ، و يمكن رؤية الأمثلة اليومية على ذلك من خلال تكييف الهواء أو التدفئة المركزية أو مبرد السيارة باستخدام السوائل أو الفرن الحراري.