Konvektion beschreibt die Einwirkung von Wärme von sich bewegenden Flüssigkeiten oder Gasen auf einen festen Gegenstand. Bei erzwungener Konvektion wird die Strömung des Fluids oder Gases verstärkt oder künstlich erzeugt. Ventilatoren sind eine gängige Methode, um Gase zu fördern, während Pumpen häufig mit Flüssigkeiten verwendet werden. Erzwungene Konvektion arbeitet im Allgemeinen schneller als Standardkonvektion.
Ein einfaches Beispiel für erzwungene Konvektion wäre das Schmelzen eines Eiswürfels mit warmem Wasser. Ein Eiswürfel schmilzt auf natürliche Weise in einem stillen Becken mit warmem Wasser. Natürliche Konvektion würde dazu führen, dass das Wasser um den Eiswürfel herum kühler wird und den Eiswürfel mit fortschreitendem Prozess weniger effizient schmilzt. Wenn ständig warmes Wasser über den Eiswürfel gedrückt würde, würde das Wasser nicht abkühlen und der Eiswürfel würde viel schneller schmelzen.
Die Effizienz der Wärmekonvektion wird durch mehrere Faktoren bestimmt. Generell gilt: Je größer die freiliegende Fläche der zu erwärmenden Oberfläche ist, desto schwieriger ist das Erwärmen. Daher muss der Gas- oder Flüssigkeitsstrom entsprechend angepasst werden. Dies wird oft durch die Zugabe einer künstlichen Quelle erreicht, um den Fluss der Flüssigkeiten oder des Gases zu erhöhen.
Auch die Geschwindigkeit des Konvektionsstroms ist wichtig. Im Allgemeinen sind schnellere Streams effizienter. Windchill ist ein gutes Beispiel für diese Effizienz. Eine Person, die in starkem Wind steht, kühlt schneller ab als eine Person in stehender Luft, da die warme Haut innerhalb einer bestimmten Zeit einer größeren Menge an kalter Luft ausgesetzt ist.
Temperaturunterschiede beeinflussen auch die Geschwindigkeit, mit der erzwungene Konvektion auftritt. Oberflächen, die einem Konvektionsstrom mit einer viel höheren Temperatur ausgesetzt sind, erwärmen sich schneller. Die Wärmekonvektion verlangsamt sich, wenn sich das Objekt der Temperatur des Stroms nähert.
Dickere Flüssigkeiten und Gase sind in der Regel effektiver bei der Wärmeübertragung. Dies ist problematisch, da viele dickere Gase und Flüssigkeiten mehr Kraft erfordern, um die effektive Geschwindigkeit in einer Konvektionsströmung aufrechtzuerhalten. Es muss auch darauf geachtet werden, dass die Flüssigkeit oder die Gase beim Abkühlen beweglich bleiben.
Obwohl der Hauptfokus der erzwungenen Konvektion oft das zu erwärmende oder zu kühlende Objekt ist, ist es wichtig zu bedenken, dass die Temperaturübertragung in beide Richtungen erfolgt. Wenn ein Konvektionsstrom ein Objekt erwärmt, wird die niedrigere Temperatur des Objekts auf den Strom übertragen. Die Bestimmung der Temperaturänderung sowohl im Objekt als auch im Strom ist wichtig, um die Effizienz des erzwungenen Konvektionsverfahrens zu beurteilen.
Die Wärmeübertragungsanalyse wird entweder manuell oder per Software durchgeführt. Es gibt viele Variablen, aber es gibt zwei Hauptindikatoren für die Wirksamkeit einer erzwungenen Konvertierungsmethode. Der erste Indikator ist der Temperaturanstieg in der zu beheizenden Oberfläche. Der zweite Indikator ist der Temperaturunterschied des Konvektionsstroms vor und nach dem Passieren der Oberfläche. Je größer der Unterschied, desto sinnvoller ist die Konvektionsmethode.