Смешанная конвекция — тепло- и массоперенос в жидкости или газе, обусловленные одновременным воздействием естественной (естественной) и принудительной (вынужденной) конвекции. В отличие от чисто естественной или чисто принудительной конвекции, здесь проявляется взаимодействие двух механизмов переноса.
Для анализа смешанной конвекции используют безразмерные числа:
$$ Re = \frac{\rho u L}{\mu} $$
$$ Gr = \frac{g \beta (T_s - T_\infty) L^3}{\nu^2} $$
Число Гришафа (Gr/Re²): Отношение влияния естественной и принудительной конвекции.
Число Грасгофа-Рейнольдса (Ri) или число Ричарда (Ri):
$$ Ri = \frac{Gr}{Re^2} $$
— ключевой параметр, указывающий доминирующий тип конвекции:
В случае смешанной конвекции потоки жидкости подвержены как силе Архимеда, обусловленной разностью плотностей из-за температурных градиентов (естественная конвекция), так и внешнему механическому воздействию (принудительная конвекция). Это приводит к сложной структуре потока и тепломассопереноса.
Часто наблюдается:
Уравнения Навье–Стокса и уравнение теплопереноса с учетом силы Архимеда и внешнего движения:
$$ \rho \left( \frac{\partial \mathbf{u}}{\partial t} + (\mathbf{u} \cdot \nabla) \mathbf{u} \right) = -\nabla p + \mu \nabla^2 \mathbf{u} + \rho \mathbf{g} \beta (T - T_\infty) $$
$$ \rho c_p \left( \frac{\partial T}{\partial t} + \mathbf{u} \cdot \nabla T \right) = k \nabla^2 T $$
где u — скорость, T — температура, p — давление.
Интенсивность теплообмена при смешанной конвекции описывается безразмерным числом Нуссельта (Nu), которое можно представить в виде суммы или функции от Nu для чистой принудительной и чистой естественной конвекции:
Nu = (Nuforcedn + Nunaturaln)1/n
где n — эмпирический показатель, зависящий от условий.