Свободная конвекция в неограниченном пространстве

Рассмотрим качественную картину возникновения и развития свободной конвекции на примере вертикальной плоской стенки.

Пусть стенка всюду имеет одинаковую температуру и находится в пространстве, заполненном жидкостью с температурой , причем . Тогда вследствие теплообмена жидкость, расположенная вблизи поверхности, будет иметь более высокую температуру, чем вдали от нее, а значит и меньшую плотность. Поскольку жидкость находится в поле массовых сил (сил тяжести), то возникает подъемная сила, которая приводит к образованию восходящего потока жидкости вдоль стенки, называемого пограничным слоем. Сначала образуется ламинарный пограничный слой, который при достаточной протяженности стенки может перейти в турбулентный.

В условиях свободной конвекции пограничный слой имеет нулевую скорость не только на границе раздела твердое тело – жидкость, но и на внешней своей границе, удаленной от тела. Движение жидкости может быть направлено вверх, как в случае нагрева воздуха от вертикальной стенки, или вниз, если температура стенки будет ниже температуры воздуха.