ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างการพาความร้อนแบบธรรมชาติและการพาความร้อนแบบบังคับคือการพาความร้อนตามธรรมชาติ การเคลื่อนที่ของของไหลได้รับอิทธิพลจากวิธีการทางธรรมชาติ ในขณะที่ในการพาความร้อนแบบบังคับ การเคลื่อนที่ของของไหลได้รับอิทธิพลจากวิธีการภายนอก ความแตกต่างระหว่างการพาความร้อนตามธรรมชาติและการพาความร้อนแบบบังคับที่เกี่ยวข้องกับการถ่ายเทความร้อนคือไม่มีปัจจัยภายนอกที่ส่งผลต่อการถ่ายเทความร้อนในการพาความร้อนตามธรรมชาติ ในขณะที่ปัจจัยภายนอกอาจทำให้เกิดการถ่ายเทความร้อนในการพาความร้อนแบบบังคับ
การพาความร้อนเป็นวิธีการถ่ายเทความร้อนโดยการเคลื่อนที่ของโมเลกุลจำนวนมากในของเหลว (เช่น แก๊สหรือของเหลว) มันอยู่ในสองประเภทคือการพาธรรมชาติและการพาความร้อนแบบบังคับตามวิธีการเริ่มต้นการเคลื่อนที่ของของไหล
การพาความร้อนตามธรรมชาติคืออะไร
การพาความร้อนตามธรรมชาติเป็นวิธีการถ่ายเทความร้อนโดยวิธีธรรมชาติมีอิทธิพลต่อการเคลื่อนที่ของของไหล ไม่มีอิทธิพลจากข้อเท็จจริงภายนอก การเคลื่อนที่ของโมเลกุลในของเหลวนี้เกิดจากความแตกต่างระหว่างความหนาแน่นของบริเวณต่างๆ ของของเหลวชนิดเดียวกัน ความหนาแน่นของของเหลวจะลดลงเมื่อได้รับความร้อนและในทางกลับกัน นั่นเป็นเพราะการขยายตัวทางความร้อนของของเหลว (ความเร็วของโมเลกุลเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นซึ่งส่งผลให้ปริมาตรของของเหลวเพิ่มขึ้น แม้ว่าปริมาตรจะเพิ่มขึ้น แต่มวลยังคงที่ ดังนั้นความหนาแน่นจึงลดลง)
เมื่อเราให้ความร้อนของเหลวในภาชนะจากด้านล่าง ความหนาแน่นของชั้นล่างของของเหลวจะลดลง จากนั้นบริเวณที่มีความหนาแน่นต่ำกว่าจะเคลื่อนไปที่ด้านบนของภาชนะ จากนั้นของเหลวหล่อเย็นที่ด้านบนของภาชนะจะเข้ามาแทนที่บริเวณด้านล่าง ทำให้เกิดการพาความร้อนอย่างต่อเนื่อง
รูปที่ 01: กลไกการพาความร้อนตามธรรมชาติ
ตัวอย่างการพาความร้อนตามธรรมชาติ ได้แก่ การทำให้ไข่ต้มเย็นลงเมื่อเก็บไว้ในอากาศปกติ การสูญเสียความเย็นของกระป๋องเครื่องดื่มเย็นๆ เป็นต้น เมื่อพิจารณาถึงกลไกการพาความร้อนตามธรรมชาติ อันดับแรก อุณหภูมิภายนอกของ a วัตถุร้อน (เก็บไว้ในอากาศเย็น) ตกลงมา ในขณะเดียวกัน อุณหภูมิของอากาศที่อยู่ติดกับวัตถุก็จะเพิ่มขึ้นเนื่องจากการถ่ายเทความร้อน จากนั้นความหนาแน่นของชั้นอากาศที่อยู่ติดกันจะลดลง ส่งผลให้อากาศสูงขึ้น อากาศเย็นจะเข้ามาแทนที่บริเวณนี้ จากนั้นการพาความร้อนจะดำเนินต่อไป ในที่สุดวัตถุจะเย็นลง
การพาความร้อนแบบบังคับคืออะไร
การพาความร้อนแบบบังคับเป็นวิธีการถ่ายเทความร้อนที่วิธีการภายนอกมีอิทธิพลต่อการเคลื่อนที่ของของไหลแหล่งภายนอก เช่น เครื่องสูบน้ำ พัดลม อุปกรณ์ดูด ฯลฯ มีประโยชน์ในการสร้างการเคลื่อนที่ของของไหล วิธีนี้มีประโยชน์มากเพราะสามารถถ่ายเทความร้อนจากวัตถุที่ให้ความร้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพ ตัวอย่างทั่วไปของกลไกนี้ ได้แก่ เครื่องปรับอากาศ กังหันไอน้ำ เป็นต้น
เมื่อพิจารณาถึงกลไกการพาความร้อนก็มีกลไกที่ซับซ้อนกว่าวิธีธรรมชาติ นั่นเป็นเพราะในวิธีนี้ เราต้องควบคุมสองปัจจัย การเคลื่อนที่ของของไหลและการนำความร้อน ปัจจัยทั้งสองนี้มีการเชื่อมต่อที่แข็งแกร่งเนื่องจากการเคลื่อนที่ของของไหลสามารถเพิ่มการถ่ายเทความร้อนได้ เช่น อัตราการเคลื่อนที่ของของไหลสูงขึ้น การถ่ายเทความร้อนก็สูงขึ้น
การพาความร้อนแบบธรรมชาติกับการพาความร้อนแบบบังคับต่างกันอย่างไร
การพาความร้อนตามธรรมชาติเป็นวิธีการถ่ายเทความร้อนซึ่งการเคลื่อนที่ของของไหลได้รับอิทธิพลจากวิธีการทางธรรมชาติ การพาความร้อนแบบบังคับเป็นวิธีการถ่ายเทความร้อนซึ่งการเคลื่อนที่ของของไหลได้รับอิทธิพลจากวิธีการภายนอกเมื่อพิจารณาถึงปัจจัยที่ส่งผลต่อการถ่ายเทความร้อน ไม่มีปัจจัยภายนอกที่ส่งผลต่อการถ่ายเทความร้อนในการพาความร้อนตามธรรมชาติ ในขณะที่ปัจจัยภายนอกอาจทำให้เกิดการถ่ายเทความร้อนในการพาความร้อนได้
การเคลื่อนที่ของของไหลในการพาความร้อนตามธรรมชาติเกิดขึ้นจากการเปลี่ยนแปลงความหนาแน่นของของเหลวเมื่อถูกความร้อน อย่างไรก็ตาม การเคลื่อนที่ของของไหลในการพาความร้อนแบบบังคับเกิดขึ้นจากแหล่งภายนอก เช่น การสูบน้ำ พัดลม อุปกรณ์ดูด การทำให้ไข่ต้มเย็นลงเมื่อเก็บไว้ในอากาศปกติ การสูญเสียความเย็นของกระป๋องเครื่องดื่มเย็น ฯลฯ สามารถรวมเป็นตัวอย่างของการพาความร้อนตามธรรมชาติ และเครื่องปรับอากาศ กังหันไอน้ำ ฯลฯ เป็นตัวอย่างของการพาความร้อนแบบบังคับ
Summary – Natural vs Forced Convection
การพาความร้อนมีสองรูปแบบคือการพาธรรมชาติและการพาความร้อนแบบบังคับความแตกต่างระหว่างการพาความร้อนแบบธรรมชาติและการพาความร้อนแบบบังคับคือ ในการพาแบบธรรมชาติ ค่าเฉลี่ยธรรมชาติมีอิทธิพลต่อการเคลื่อนที่ของของไหล ในขณะที่การพาความร้อนแบบบังคับ วิธีการภายนอกมีอิทธิพลต่อการเคลื่อนที่ของของไหล