imported>Innobello K (Änderungen von 31.47.87.245 (Diskussion) auf die letzte Version von KaiKemmann zurückgesetzt) |
imported>M.J. (→Weitere Beispiele: Schwimmer gelöscht: es strömt dabei überall, und zu viel, um etwas zu illustrieren.) |
||
Zeile 4: | Zeile 4: | ||
|4=Konvektion | |4=Konvektion | ||
|5=Konvektion (Wärmeübertragung)|6=Wärmeübergang|7=Natürliche Konvektion|12=f|2=März 2017|1=[[Benutzer:Alturand|Alturand]] ([[Benutzer Diskussion:Alturand|Diskussion]]) 15:35, 9. Mär. 2017 (CET)}} | |5=Konvektion (Wärmeübertragung)|6=Wärmeübergang|7=Natürliche Konvektion|12=f|2=März 2017|1=[[Benutzer:Alturand|Alturand]] ([[Benutzer Diskussion:Alturand|Diskussion]]) 15:35, 9. Mär. 2017 (CET)}} | ||
'''Konvektion''' (von {{laS|'' | '''Konvektion''' (von {{laS|''convehere''}} ‚herbeibringen‘<ref>{{Internetquelle |url=https://www.duden.de/node/82550/revision/82586#herkunft |titel=Konvektion |abruf=2019-06-11| werk=Duden online}}</ref>) oder '''Strömungstransport''' ist der Transport physikalischer [[Zustandsgröße]]n in [[Strömung|strömenden]] [[Fluid|Gasen oder Flüssigkeiten]]. Physikalische Zustandsgrößen sind dabei beispielsweise mitgeführte [[thermische Energie|Wärme]], [[Materie]] oder [[Impuls]]. | ||
Der konvektive Transport thermischer Energie ist ein Mechanismus des [[Wärmetransport]]s und wird auch [[Konvektion (Wärmeübertragung)|Wärmemitführung]] genannt. | |||
Tritt infolge von Temperaturunterschieden ein [[statischer Auftrieb]] als die Ursache der Strömung auf, wird dies ''thermische Konvektion, [[natürliche Konvektion]], freie Konvektion'' oder ''Wärmeströmung'' genannt. | |||
Außerdem kann die Strömung z. B. durch Pumpen oder Ventilatoren verursacht werden oder durch thermodynamische Ungleichgewichte entstehen, dies wird [[erzwungene Konvektion]] genannt. | |||
[[Datei:ConvectionCells.svg|mini|Konvektionszellen in einem von unten beheizten Gefäß]] | [[Datei:ConvectionCells.svg|mini|Konvektionszellen in einem von unten beheizten Gefäß]] | ||
Im angelsächsischen Sprachraum bezeichnet ''convection'' im weiteren Sinne jede Bewegung von Molekülen innerhalb eines Fluids und umfasst daher neben der reinen [[Advektion]] durch Strömung auch die [[Diffusion]] durch Bewegung auf atomarer Ebene (also innerhalb von Fluiden oder fester Materie). | |||
== Mechanismen == | |||
=== Statischer Auftrieb === | |||
{{Hauptartikel|Natürliche Konvektion}} | |||
Unterschiede in der Dichte im Fluid führen im [[Schwerefeld]] zu [[Statischer Auftrieb|statischem Auftrieb]]. Die Dichteunterschiede können durch eine Temperaturdifferenz oder unterschiedliche [[Konzentration (Chemie)|Stoffdichten]] verursacht werden. Die so angetriebene Bewegung heißt natürliche oder freie Konvektion. | |||
Die Dichteunterschiede | |||
Werden die Dichteunterschiede durch unterschiedliche [[Konzentration (Chemie)|Stoffdichten]] hervorgerufen, wird dies [[Chemie|chemische]] Konvektion, bei Lösungen auch solutale Konvektion, bei Salzlösungen auch [[Salzwasser|haline]] Konvektion oder in Verbindung mit thermischer Konvektion auch [[thermohalin]]e Konvektion genannt. Kommen die Dichteunterschiede durch eine Ansammlung von Mikroorganismen an der Oberfläche der Flüssigkeit zustande, spricht man von [[Biokonvektion]]. | Werden die Dichteunterschiede durch unterschiedliche [[Konzentration (Chemie)|Stoffdichten]] hervorgerufen, wird dies [[Chemie|chemische]] Konvektion, bei Lösungen auch solutale Konvektion, bei Salzlösungen auch [[Salzwasser|haline]] Konvektion oder in Verbindung mit thermischer Konvektion auch [[thermohalin]]e Konvektion genannt. Kommen die Dichteunterschiede durch eine Ansammlung von Mikroorganismen an der Oberfläche der Flüssigkeit zustande, spricht man von [[Biokonvektion]]. | ||
Zeile 23: | Zeile 24: | ||
'''Beispiele''' | '''Beispiele''' | ||
In | In einem Topf auf dem Herd wird Wasser erhitzt. Am Boden wird geheizt, die Seitenwände sind isoliert und an der Oberfläche kühlt das Wasser durch Verdunstung bzw. die Außentemperatur ab. Durch die Erwärmung steigt Wasser mit geringerer Dichte auf, oben gekühltes Wasser sinkt ab. Es bilden sich Konvektionszellen, wie oben im Bild schematisch dargestellt. Eine solche Anordnung heißt [[Rayleigh-Bénard-Konvektion]]. | ||
In der Meteorologie hängen zahlreiche Phänomene mit der natürlichen Konvektion zusammen: | |||
* Bei [[Thermik]] wird Luft am Boden erwärmt und steigt auf. | |||
* Durch aufsteigende feuchte Luft kann es zu [[Wolke#Übersicht|Wolken]]bildung (insb. [[Kumulus]] und [[Kumulonimbus]]) und [[Gewitter]]n kommen. | |||
=== Äußere mechanische Einwirkung === | |||
[[Datei:Centrifugal fan static.png|mini|Radialventilator]] | |||
{{Hauptartikel|Erzwungene Konvektion}} | |||
Wenn die Strömung durch Kräfte außerhalb des Fluids angetrieben wird, spricht man von erzwungener Konvektion. Diese tritt zum Beispiel bei [[Pumpe]]n oder [[Ventilator]]en auf. | |||
Bestehen bei der erzwungenen Konvektion Temperatur- und damit Dichteunterschiede, so wirken zusätzlich die gleichen Kräfte wie bei der freien Konvektion. Die [[Archimedes-Zahl#Andere Definition|Archimedes-Zahl]] kennzeichnet dann das Verhältnis von freier zu erzwungener Konvektion. | |||
'''Beispiel''' | |||
Eine [[Umwälzpumpe]] transportiert warmes Wasser von der Heizungsanlage zu den Heizkörpern. | |||
=== Magnetohydrodynamik === | |||
Als weitere treibende Kräfte können [[Magnetisches Feld|magnetische]] und [[elektrisches Feld|elektrische Felder]] wirken. Mathematisch formuliert wird dies in der [[Magnetohydrodynamik]]. | |||
'''Beispiele''' | |||
* Das [[Erdmagnetfeld]] wird durch den [[Dynamoeffekt]] erzeugt. | |||
* Die Struktur der [[Korona (Sonne)|Korona]] der Sonne, insbesondere [[Sonnenflecken]] werden mit der MHD erklärt. | |||
=== Oberflächenspannung (Marangoni-Konvektion) {{Anker|Marangoni-Konvektion}} ===<!-- Achtung, die Änderung dieser Überschrift führt zu defekten Weiterleitungen! --> | === Oberflächenspannung (Marangoni-Konvektion) {{Anker|Marangoni-Konvektion}} ===<!-- Achtung, die Änderung dieser Überschrift führt zu defekten Weiterleitungen! --> | ||
[[Datei:Wine legs shadow.jpg|mini|hochkant|Der Marangoni-Effekt verursacht die Weintränen, die hier im Schatten des Weinglases gut zu erkennen sind.]] | |||
Als [[Carlo Marangoni|Marangoni]]-Konvektion bezeichnet man eine Strömung, die durch den Gradienten der [[Grenzflächenspannung]] entsteht. Ursache für die unterschiedliche Grenzflächenspannung können z. B. ein Temperaturgefälle oder Konzentrationsgefälle gelöster Stoffe entlang der Grenzfläche sein. Das Fluid strömt dabei entlang der Grenzfläche in Richtung der größeren Spannung. Als Kennzahl zur Charakterisierung der Marangoni-Konvektion eignet sich die [[Marangoni-Zahl]], welche sich als das Verhältnis von Grenzflächenspannung zur Viskosität verstehen lässt. | |||
'''Beispiele''' | '''Beispiele''' | ||
Beobachten lässt sich die Marangoni-Konvektion, wenn kleine Rußpartikel im flüssigen Wachs einer Kerze schwimmen. In der Nähe der Flamme ist die Oberfläche des flüssigen Wachses heißer als weiter außen am Rand der Kerze. Da im Allgemeinen die Grenzflächenspannung mit steigender Temperatur abnimmt, ist die Grenzflächenspannung dicht an der Flamme geringer als am Rand der Kerze. Dadurch wird die | Beobachten lässt sich die Marangoni-Konvektion, wenn kleine Rußpartikel im flüssigen Wachs einer Kerze schwimmen. In der Nähe der Flamme ist die Oberfläche des flüssigen Wachses heißer als weiter außen am Rand der Kerze. Da im Allgemeinen die Grenzflächenspannung mit steigender Temperatur abnimmt, ist die Grenzflächenspannung dicht an der Flamme geringer als am Rand der Kerze. Dadurch wird die Oberfläche nach außen gerissen und nimmt oberflächennahes Wachs mit, das dadurch zu einer Kreisbewegung angetrieben wird. Diese wird durch die Rußpartikel sichtbar. | ||
Ein weiteres bekanntes Beispiel sind die sogenannten Weintränen. Aufgrund der [[Adhäsion]] kriecht ein dünner Flüssigkeitsfilm an der Glasoberfläche hoch. Da Alkohol schneller verdunstet als Wasser, wird nach oben hin die Alkoholkonzentration geringer und dadurch die Oberflächenspannung größer, weitere Flüssigkeit strömt nach, bis die Schwerkraft überwiegt. Herablaufende Flüssigkeit mit hoher Oberflächenspannung zieht sich beim Durchqueren der Zone mit geringer Oberflächenspannung zu schmalen Rinnsalen zusammen. | |||
Der Marangoni-Effekt spielt eine maßgebliche Rolle bei der Stabilisierung von flüssigen [[Schaum|Schäumen]]. Hierbei bewirkt der durch eine Störung der Schaumfilmoberfläche induzierte Gradient der Oberflächenspannung einen die Störung heilenden, konvektiven Strom der interlamellaren Flüssigkeit. | |||
Auch ist der Marangoni-Effekt wichtig für Prozesse bei der Metallverarbeitung mit hohen Temperaturgradienten, wie z. B. bei der [[Czochralski-Verfahren|Halbleiterherstellung]] oder beim Schweißen. | |||
== Mathematische Beschreibung == | |||
Die [[substantielle Ableitung]] in einem Fluid setzt sich aus der lokalen und der konvektiven Ableitung zusammen. Aufgrund der [[Kettenregel]] gilt für eine Fluideigenschaft <math>\Phi</math>: | |||
= | : <math> \frac{\text{d}\Phi(\vec{x},t)}{\text{d}t}=\underbrace{\frac{\partial\Phi}{\partial t}}_{\mbox{lokal}}+\underbrace{(\vec{v}\cdot\vec{\nabla})\Phi}_{\mbox{konvektiv}} </math> | ||
{{ | |||
In dieser Form tritt der Konvektionsterm insb. in der [[Konvektions-Diffusions-Gleichung]] auf. | |||
Speziell ist in den [[Navier-Stokes-Gleichungen|Navier-Stokes-]] oder [[Euler-Gleichungen (Strömungsmechanik)|Eulergleichungen]] <math>\Phi=\vec v</math> mit der Fluidgeschwindigkeit <math>\vec v=\vec v(x,y,z)</math>. Damit lautet der Term der konvektiven Beschleunigung | |||
<math>(\vec{v}\cdot\vec{\nabla})\vec v </math>.<ref>[https://labor.beuth-hochschule.de/fileadmin/labor/emr/Datein/Umdrucke_SL/AB_Transporttheorem.pdf Skript] M. Fraaß, Beuth Hochschule</ref> | |||
== Übertragungs- und Austauschvorgänge == | == Übertragungs- und Austauschvorgänge == | ||
Bei der Konvektion werden physikalische Größen transportiert | Bei der Konvektion werden physikalische Größen transportiert. Einige dieser Größen können über die [[Fluiddynamische Grenzschicht|Grenzschicht]] zu angrenzenden [[Festkörper|Körpern]] oder Fluiden übertragen oder mit diesen ausgetauscht (insb. die Temperatur). Diese Vorgänge sind abhängig von | ||
* den Stoffeigenschaften, wie z. B. der Wärmeleitfähigkeit oder der Dichte, | * den Stoffeigenschaften, wie z. B. der Wärmeleitfähigkeit oder der Dichte, | ||
* der Form der Körper, wie z. B. Rohr, ebene Platte oder unregelmäßige Oberflächenformen und | * der Form der Körper, wie z. B. Rohr, ebene Platte oder unregelmäßige Oberflächenformen und | ||
* der dadurch beeinflussten Strömung, die [[laminar]] oder [[Turbulente Strömung|turbulent]] sein kann. | * der dadurch beeinflussten Strömung, die [[laminar]] oder [[Turbulente Strömung|turbulent]] sein kann. | ||
* ggf. weiteren Einflüssen (z. B. Gravitation) | |||
Mit der Konvektion | Mit der Konvektion können folgende Übertragungs- und Austauschvorgänge stattfinden: | ||
* Energie und [[Entropie (Thermodynamik)|Entropie]] werden durch [[Wärmeleitung]] aus dem strömenden Fluid übertragen oder durch die Dissipation infolge Reibung erzeugt. Des Weiteren können Energie und Entropie auch durch [[Phasenübergang|Phasenübergänge]] und [[Stoffaustausch]] übertragen werden. | * Energie und [[Entropie (Thermodynamik)|Entropie]] werden durch [[Wärmeleitung]] aus dem strömenden Fluid übertragen oder durch die Dissipation infolge Reibung erzeugt. Des Weiteren können Energie und Entropie auch durch [[Phasenübergang|Phasenübergänge]] und [[Stoffaustausch]] übertragen werden. | ||
* Stoffe und [[elektrische Ladung]]en werden ausgetauscht u. a. durch [[Diffusion]], Phasenübergang (z. B. [[Trocknung|Trocknen]], [[Sorption]], [[Verdampfen]], [[Erstarren]]), [[Dissoziation (Chemie)|Dissoziation]], [[Ionisation]] und [[Reibung]]. | * Stoffe und [[elektrische Ladung]]en werden ausgetauscht u. a. durch [[Diffusion]], Phasenübergang (z. B. [[Trocknung|Trocknen]], [[Sorption]], [[Verdampfen]], [[Erstarren]]), [[Dissoziation (Chemie)|Dissoziation]], [[Ionisation]] und [[Reibung]]. | ||
Zeile 58: | Zeile 89: | ||
Einige der genannten Vorgänge, wie beispielsweise Erstarren und Verdampfen, finden meist oder nur bei gleichzeitigem Auftreten von Konvektion statt. | Einige der genannten Vorgänge, wie beispielsweise Erstarren und Verdampfen, finden meist oder nur bei gleichzeitigem Auftreten von Konvektion statt. | ||
== | == Weitere Beispiele == | ||
* Eine dünne Schicht eines nematischen [[Flüssigkristall]]s wird mit einem Temperaturfeld oder einem elektrischen Feld beaufschlagt. Unter geeigneten Bedingungen stellt sich eine durch das Temperaturfeld oder das elektrische Feld (elektrische Konvektion) angetriebene Konvektionströmung ein. Bei mittlerer Stärke des Feldes bilden sich Konvektionswalzen in der [[anisotrop]]en Schicht, bei hoher Stärke des Feldes lösen sich die Muster durch den Übergang in turbulente Strömungen auf.<ref>{{Internetquelle | url=http://www.ep5.uni-bayreuth.de/rehberg/publications/publ/040.pdf | titel=Musterbildung in hydrodynamischen Systemen | autor=Ingo Rehberg | datum=1994 | zugriff=2015-01-06 | format=PDF, 3,28 MB | kommentar=25. Ferienkurs des IFF Jülich: Komplexe Systeme zwischen Atom und Festkörper }}</ref> | |||
* Eine dünne Schicht eines nematischen [[Flüssigkristall]]s wird mit einem Temperaturfeld oder einem elektrischen Feld beaufschlagt. Unter geeigneten Bedingungen stellt sich eine durch das Temperaturfeld oder das elektrische Feld (elektrische Konvektion) angetriebene Konvektionströmung ein. Bei mittlerer Stärke des Feldes bilden sich Konvektionswalzen in der [[anisotrop]]en Schicht, bei hoher Stärke des Feldes lösen sich die Muster durch den Übergang in turbulente Strömungen auf.<ref>{{Internetquelle | url=http://www.ep5.uni-bayreuth.de/rehberg/publications/publ/040.pdf | titel=Musterbildung in hydrodynamischen Systemen | autor=Ingo Rehberg | datum=1994 | zugriff=2015-01-06 | | |||
* Bei der Züchtung von [[Einkristall]]en aus Metalllegierungen kann das gewünschte gleichmäßige [[Kristallwachstum]] beim Erstarren der Schmelze durch konvektive Vorgänge gestört, aber auch bewusst beeinflusst werden. Diese Vorgänge sind neben der natürlichen Konvektion (thermisch und infolge von Konzentrationsunterschieden) auch die Marangoni-Konvektion (Schmelze fließt in Richtung hoher Oberflächenspannung) und bei induktiver Heizung oder anderen bewegten Magnetfeldern auch eine elektromagnetische Konvektion.<ref>{{Internetquelle | url=http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:swb:14-994670019875-41192 | titel=Züchtung und physikalische Eigenschaften von Seltenerd-Übergangsmetall-Einkristallen | titelerg=Dissertation, Technische Universität Dresden | autor=Holger Bitterlich | datum=2000 | zugriff=2015-01-06}}</ref> | * Bei der Züchtung von [[Einkristall]]en aus Metalllegierungen kann das gewünschte gleichmäßige [[Kristallwachstum]] beim Erstarren der Schmelze durch konvektive Vorgänge gestört, aber auch bewusst beeinflusst werden. Diese Vorgänge sind neben der natürlichen Konvektion (thermisch und infolge von Konzentrationsunterschieden) auch die Marangoni-Konvektion (Schmelze fließt in Richtung hoher Oberflächenspannung) und bei induktiver Heizung oder anderen bewegten Magnetfeldern auch eine elektromagnetische Konvektion.<ref>{{Internetquelle | url=http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:swb:14-994670019875-41192 | titel=Züchtung und physikalische Eigenschaften von Seltenerd-Übergangsmetall-Einkristallen | titelerg=Dissertation, Technische Universität Dresden | autor=Holger Bitterlich | datum=2000 | zugriff=2015-01-06}}</ref> | ||
== Literatur == | == Literatur == |
Konvektion (von lateinisch convehere ‚herbeibringen‘[1]) oder Strömungstransport ist der Transport physikalischer Zustandsgrößen in strömenden Gasen oder Flüssigkeiten. Physikalische Zustandsgrößen sind dabei beispielsweise mitgeführte Wärme, Materie oder Impuls. Der konvektive Transport thermischer Energie ist ein Mechanismus des Wärmetransports und wird auch Wärmemitführung genannt.
Tritt infolge von Temperaturunterschieden ein statischer Auftrieb als die Ursache der Strömung auf, wird dies thermische Konvektion, natürliche Konvektion, freie Konvektion oder Wärmeströmung genannt. Außerdem kann die Strömung z. B. durch Pumpen oder Ventilatoren verursacht werden oder durch thermodynamische Ungleichgewichte entstehen, dies wird erzwungene Konvektion genannt.
Im angelsächsischen Sprachraum bezeichnet convection im weiteren Sinne jede Bewegung von Molekülen innerhalb eines Fluids und umfasst daher neben der reinen Advektion durch Strömung auch die Diffusion durch Bewegung auf atomarer Ebene (also innerhalb von Fluiden oder fester Materie).
Unterschiede in der Dichte im Fluid führen im Schwerefeld zu statischem Auftrieb. Die Dichteunterschiede können durch eine Temperaturdifferenz oder unterschiedliche Stoffdichten verursacht werden. Die so angetriebene Bewegung heißt natürliche oder freie Konvektion.
Werden die Dichteunterschiede durch unterschiedliche Stoffdichten hervorgerufen, wird dies chemische Konvektion, bei Lösungen auch solutale Konvektion, bei Salzlösungen auch haline Konvektion oder in Verbindung mit thermischer Konvektion auch thermohaline Konvektion genannt. Kommen die Dichteunterschiede durch eine Ansammlung von Mikroorganismen an der Oberfläche der Flüssigkeit zustande, spricht man von Biokonvektion.
Beispiele
In einem Topf auf dem Herd wird Wasser erhitzt. Am Boden wird geheizt, die Seitenwände sind isoliert und an der Oberfläche kühlt das Wasser durch Verdunstung bzw. die Außentemperatur ab. Durch die Erwärmung steigt Wasser mit geringerer Dichte auf, oben gekühltes Wasser sinkt ab. Es bilden sich Konvektionszellen, wie oben im Bild schematisch dargestellt. Eine solche Anordnung heißt Rayleigh-Bénard-Konvektion.
In der Meteorologie hängen zahlreiche Phänomene mit der natürlichen Konvektion zusammen:
Wenn die Strömung durch Kräfte außerhalb des Fluids angetrieben wird, spricht man von erzwungener Konvektion. Diese tritt zum Beispiel bei Pumpen oder Ventilatoren auf.
Bestehen bei der erzwungenen Konvektion Temperatur- und damit Dichteunterschiede, so wirken zusätzlich die gleichen Kräfte wie bei der freien Konvektion. Die Archimedes-Zahl kennzeichnet dann das Verhältnis von freier zu erzwungener Konvektion.
Beispiel
Eine Umwälzpumpe transportiert warmes Wasser von der Heizungsanlage zu den Heizkörpern.
Als weitere treibende Kräfte können magnetische und elektrische Felder wirken. Mathematisch formuliert wird dies in der Magnetohydrodynamik.
Beispiele
Als Marangoni-Konvektion bezeichnet man eine Strömung, die durch den Gradienten der Grenzflächenspannung entsteht. Ursache für die unterschiedliche Grenzflächenspannung können z. B. ein Temperaturgefälle oder Konzentrationsgefälle gelöster Stoffe entlang der Grenzfläche sein. Das Fluid strömt dabei entlang der Grenzfläche in Richtung der größeren Spannung. Als Kennzahl zur Charakterisierung der Marangoni-Konvektion eignet sich die Marangoni-Zahl, welche sich als das Verhältnis von Grenzflächenspannung zur Viskosität verstehen lässt.
Beispiele
Beobachten lässt sich die Marangoni-Konvektion, wenn kleine Rußpartikel im flüssigen Wachs einer Kerze schwimmen. In der Nähe der Flamme ist die Oberfläche des flüssigen Wachses heißer als weiter außen am Rand der Kerze. Da im Allgemeinen die Grenzflächenspannung mit steigender Temperatur abnimmt, ist die Grenzflächenspannung dicht an der Flamme geringer als am Rand der Kerze. Dadurch wird die Oberfläche nach außen gerissen und nimmt oberflächennahes Wachs mit, das dadurch zu einer Kreisbewegung angetrieben wird. Diese wird durch die Rußpartikel sichtbar.
Ein weiteres bekanntes Beispiel sind die sogenannten Weintränen. Aufgrund der Adhäsion kriecht ein dünner Flüssigkeitsfilm an der Glasoberfläche hoch. Da Alkohol schneller verdunstet als Wasser, wird nach oben hin die Alkoholkonzentration geringer und dadurch die Oberflächenspannung größer, weitere Flüssigkeit strömt nach, bis die Schwerkraft überwiegt. Herablaufende Flüssigkeit mit hoher Oberflächenspannung zieht sich beim Durchqueren der Zone mit geringer Oberflächenspannung zu schmalen Rinnsalen zusammen.
Der Marangoni-Effekt spielt eine maßgebliche Rolle bei der Stabilisierung von flüssigen Schäumen. Hierbei bewirkt der durch eine Störung der Schaumfilmoberfläche induzierte Gradient der Oberflächenspannung einen die Störung heilenden, konvektiven Strom der interlamellaren Flüssigkeit.
Auch ist der Marangoni-Effekt wichtig für Prozesse bei der Metallverarbeitung mit hohen Temperaturgradienten, wie z. B. bei der Halbleiterherstellung oder beim Schweißen.
Die substantielle Ableitung in einem Fluid setzt sich aus der lokalen und der konvektiven Ableitung zusammen. Aufgrund der Kettenregel gilt für eine Fluideigenschaft $ \Phi $:
In dieser Form tritt der Konvektionsterm insb. in der Konvektions-Diffusions-Gleichung auf.
Speziell ist in den Navier-Stokes- oder Eulergleichungen $ \Phi ={\vec {v}} $ mit der Fluidgeschwindigkeit $ {\vec {v}}={\vec {v}}(x,y,z) $. Damit lautet der Term der konvektiven Beschleunigung $ ({\vec {v}}\cdot {\vec {\nabla }}){\vec {v}} $.[2]
Bei der Konvektion werden physikalische Größen transportiert. Einige dieser Größen können über die Grenzschicht zu angrenzenden Körpern oder Fluiden übertragen oder mit diesen ausgetauscht (insb. die Temperatur). Diese Vorgänge sind abhängig von
Mit der Konvektion können folgende Übertragungs- und Austauschvorgänge stattfinden:
Treten chemische Reaktionen auf, werden die transportierten Größen zusätzlich beeinflusst. Es entstehen zusätzlich Entropie, Impuls und chemische Reaktionsprodukte. Des Weiteren kann die Wand als Katalysator wirken.
Einige der genannten Vorgänge, wie beispielsweise Erstarren und Verdampfen, finden meist oder nur bei gleichzeitigem Auftreten von Konvektion statt.