Una custodia ventilata da un ventilatore lento, un flusso lento su una superficie calda, un camino assistito da tiraggio naturale — in tutti questi casi galleggiamento e flusso forzato sono dello stesso ordine. È l'intervallo in cui cadono le semplificazioni di entrambi i regimi.
Il numero che fissa il regime
Il numero di Richardson è il rapporto fra forze di galleggiamento e d'inerzia (Gr/Re²):
| Ri | Regime | Conseguenza |
|---|---|---|
| ≪ 1 | Convezione forzata dominante | Il galleggiamento si può trascurare |
| ~ 1 | Convezione mista | Vanno risolti insieme |
| ≫ 1 | Convezione naturale dominante | Il flusso forzato è secondario |
Il calcolo sta in poche righe e risolve in anticipo la decisione di modellazione. Saltato, un'analisi eseguita con la gravità disattivata sbaglia sistematicamente lo scambio termico.
Concorde o contrastante?
La trappola peculiare della convezione mista è la sua dipendenza dalla direzione:
Flusso concorde. Galleggiamento e flusso forzato nello stesso verso. Lo scambio termico è un po' superiore alla somma dei due.
Flusso contrastante. In versi opposti. Vicino a parete il flusso rallenta e può persino invertirsi; lo strato limite si ispessisce e lo scambio termico può risultare inferiore a quello di ciascuno dei due regimi puri. È controintuitivo e viene spesso trascurato nei canali verticali.
Modellazione
Vanno definite la gravità e la relazione densità-temperatura. Se la differenza di temperatura è piccola, Boussinesq basta; altrimenti la densità deve essere una vera funzione della temperatura. Si veda la nota sulla convezione naturale.
Serve cura anche sul lato turbolenza: i modelli standard possono non includere il termine di produzione per galleggiamento, e senza di esso esagerano il miscelamento nelle regioni stratificate.
Riferimenti
- Churchill, S. W. & Chu, H. H. S. (1975). Correlating equations for laminar and turbulent free convection from a vertical plate. International Journal of Heat and Mass Transfer, 18(11), 1323–1329. DOI: 10.1016/0017-9310(75)90243-4
- Ferziger, J. H., Perić, M. & Street, R. L. (2020). Computational Methods for Fluid Dynamics, 4th ed. Springer. DOI: 10.1007/978-3-319-99693-6