科学中的对流，它们是什么以及它们是如何工作的
对流是由于材料内部存在温度或密度差异而移动的流动流体。
因为固体中的粒子是固定的，所以对流只在气体和液体中出现。温差导致能量从高能区转移到低能区。
对流是一个传热过程。当电流产生时，物质从一个位置移动到另一个位置。这也是一个传质过程。
自然发生的对流称为自然对流或自由对流。如果流体通过风扇或泵循环，则称为强制对流。由对流形成的细胞称为对流细胞或Bénard细胞。
它们形成的原因
温差会导致粒子移动，从而产生电流。在气体和等离子体中，温差也会导致密度越来越高和越来越低的区域，在这些区域中，原子和分子会移动以填充低压区域。
简言之，热流体上升而冷流体下沉。除非存在能源（如阳光、热量），否则对流仅在达到均匀温度之前持续。
科学家分析作用在流体上的力来分类和理解对流。这些力量可能包括：
- 重力
- 表面张力
- 浓度差
- 电磁场
- 震动
- 分子间的键形成
对流可以用对流扩散方程（标量输运方程）来建模和描述。
对流和能量标度示例
- 你可以观察锅里沸腾的水的对流。只需添加几粒豌豆或几张纸即可跟踪当前的流量。锅底部的热源加热水，给它更多的能量，使分子移动得更快。温度变化也会影响水的密度。当水上升到表面时，其中一些有足够的能量以蒸汽的形式逸出。蒸发使表面冷却到足以使一些分子再次沉回锅底。
- 对流的一个简单例子是向屋顶或阁楼上升的暖空气。暖空气的密度比冷空气低，所以它会上升。
- 风是对流的一个例子。阳光或反射光辐射热量，形成温差，导致空气流动。阴凉或潮湿的区域更凉爽，或者能够吸收热量，增加效果。对流是推动地球大气全球循环的一部分。
- 燃烧产生对流。例外情况是，在零重力环境中的燃烧缺乏浮力，因此热气体不会自然上升，从而允许新鲜氧气供给火焰。零重力下的最小对流导致许多火焰在其燃烧产物中自我窒息。
- 大气环流和海洋环流分别是空气和水（水圈）的大规模运动。这两个过程相互配合。空气和海洋中的对流导致天气。
- 地幔中的岩浆在对流中运动。热核加热其上方的物质，使其上升到地壳，并在那里冷却。热量来自岩石上的巨大压力，再加上元素自然放射性衰变释放的能量。岩浆不能继续上升，所以它水平移动，然后下沉。
- 烟囱效应或烟囱效应描述了通过烟囱或烟道移动气体的对流。由于温度和湿度的差异，建筑物内外的空气浮力总是不同的。增加建筑或堆栈的高度会增加效果的大小。这就是冷却塔的原理。
- 太阳中有明显的对流。太阳光球中的颗粒是对流细胞的顶部。就太阳和其他恒星而言，流体是等离子体，而不是液体或气体。
- 发表于 2021-09-23 07:50
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- 分类：数学
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