В теории теплообмена изучаются закономерности переноса теплоты из одной области пространства в другую.
Теплообмен или теплопередача — это самопроизвольный процесс обмена внутренней энергией на микроскопическом уровне между телами (или частями тела) с различной температурой [1]. Величина передаваемой при этом внутренней энергии называется теплотой процесса или просто теплотой.
Существуют три механизма распространения теплоты: тепловое излучение, кондукция (теплопроводность) и конвекция.
Конвекция возможна только в текучей среде — газах, жидкостях. Под конвекцией теплоты понимают процесс переноса тепловой энергии в результате перемещения объемов жидкости или газа в пространстве из области с одной температурой в область с другой. При этом перенос теплоты связан с переносом самой среды [1].
Конвекция всегда сопровождается теплопроводностью. Совместный процесс конвекции и теплопроводности называется конвективным теплообменом. Конвективный теплообмен между потоком газа (или жидкости) и поверхностью твердого тела называют конвективной теплоотдачей [1]. Важнейшую роль конвективная теплоотдача играет в разнообразных теплообменных устройствах, широко применяется для организации охлаждения теплонапряженных узлов и систем в различных конструкциях [2].
Интенсивность процесса теплоотдачи в значительной степени зависит от природы возникновения движения среды. Соответственно различают естественную и вынужденную конвекцию.
Естественная конвекция (свободное движение) возникает за счет разности плотностей нагретых и холодных объемов жидкости.
Вынужденная конвекция (принудительное движение) создается внешним источником — насосом, вентилятором, поршнем и т. д.
При практических расчетах конвективной теплоотдачи важная роль отводится определению среднего коэффициента конвективной теплоотдачи αV. Он зависит от физических свойств охлаждающей среды, конфигурации и размеров поверхности теплообмена и от условий обтекания ее охлаждающей средой и определяется с помощью эмпирических уравнений. Эти уравнения носят название критериальных уравнений (уравнений подобия) и получаются, как уже было указано, экспериментальным путем. В общем случае такие уравнения имеют следующий вид [1].