Internal Forced Convection

Internal Forced Convection

Internal forced convection merujuk kepada pemindahan haba konvektif yang berlaku apabila bendalir dipaksa mengalir di dalam saluran tertutup seperti paip, tiub, saluran segi empat, atau duct, melalui bantuan pam, kipas, atau tekanan luaran. Tidak seperti external forced convection, aliran bendalir dalam kes ini dibatasi oleh dinding di sekelilingnya, menyebabkan perkembangan lapisan sempadan yang berbeza dan lebih kompleks. 

Pada bahagian awal perbincangan, pelajar akan diperkenalkan kepada konsep developing flow dan fully developed flow. Apabila bendalir memasuki paip, velocity boundary layer akan terbentuk pada dinding dan berkembang ke arah tengah paip. Aliran dikatakan hydrodynamically fully developed apabila profil halaju tidak lagi berubah sepanjang arah aliran. Begitu juga, thermal boundary layer akan terbentuk akibat perbezaan suhu antara dinding paip dan bendalir, dan aliran mencapai keadaan thermally fully developed apabila profil suhu menjadi malar sepanjang paksi aliran.

Seterusnya, analisis internal forced convection banyak bergantung kepada nombor tak berdimensi, khususnya Reynolds number (Re) untuk menentukan sama ada aliran adalah laminar atau turbulen, Prandtl number (Pr) untuk mencirikan sifat terma bendalir, dan Nusselt number (Nu) yang menggambarkan keberkesanan pemindahan haba konvektif di dalam saluran. Nilai Nusselt biasanya diperoleh melalui korelasi empirik yang berbeza bergantung kepada jenis aliran (laminar atau turbulen), bentuk saluran, serta keadaan sempadan suhu dinding.

Dalam aliran laminar dalaman, analisis sering lebih terkawal dan boleh diselesaikan secara analitik bagi kes tertentu, contohnya apabila dinding berada pada suhu malar atau fluks haba malar. Sebaliknya, bagi aliran turbulen, pemindahan haba dipertingkatkan oleh percampuran bendalir yang lebih kuat, namun memerlukan penggunaan korelasi empirik kerana kerumitan aliran.

Secara keseluruhan, topik internal forced convection amat penting dalam aplikasi kejuruteraan seperti penukar haba, sistem penyejukan enjin, aliran bendalir dalam paip industri, dan sistem HVAC, kerana kebanyakan sistem sebenar melibatkan aliran bendalir dalam saluran tertutup dengan pemindahan haba yang signifikan.