كيفية انتقال الحرارة في الاوساط السامية

يعد موضوع انتقال الحرارة بالحمل الطبيعي من الموضوعات المهمة نظراً لتطبيقاته الكثيرة في العديد من المجالات الصناعية والطبيعة, وعلى الرغم من ﺃنه لا توجد سرعة قسرية توّلد مثل هذا النوع من الانتقال في الحرارة إلا ﺃن نشوء تيارات الحمل الطبيعي (والمسمى أيضاً بتيارات الحمل الحر) في طبقات المائع الناتجة عن الاختلاف في درجات الحرارة بين الطبقات الحدية للمائع التي تؤدي بدورها إلى ﺇختلاف في كثافة المائع ومن ثم انحدار بالضغط الذي يؤدي إلى نشوء قوة تدعى بقوة الطفو(وتسمى أيضاً بقوة التعويم) ، أن هذه القوة تؤدي إلى حث المائع على الجريان وفي طبيعة الحال أن الحرارة لا تنتقل إلا بوجود وسط ناقل للحرارة (كما يحدث في انتقال الحرارة بالتوصيل وانتقال الحرارة بتيارات الحمل سواء أكانت بالحمل ألقسري أم بالحمل الطبيعي), من هنا سيكون المائع المحتوى في الوسط المسامي (الماء) هو الناقل للحرارة. إن العديد من الأجهزة التي تتضمن طرقاً متعددة لانتقال الحرارة والتي يتم من خلالها التأثير على معدلات إنتقال الحرارة وكلفة التشغيل فإن إنتقال الحرارة بالحمل الطبيعي يؤدي دوراً مهماً في تصميم وأداء الجهاز الذي يفضلّ كثيراً على الحمل القسري وذلك للتوفير في الكلفة والطاقة. أن الحمل الطبيعي يحدث أيضاً في الوسط المسامي المشبع وهنا يجدر بنا الإشارة إلى تعريف الوسط المسامي وهو عبارة عن مادة صلبة تحتوي على ثقوب وفجوات تترابط مع بعضها البعض كممرات وتجاويف ينساب المائع من خلالها ﻹختلاف الكثافة النسبية كما ذكرنا آنفا، ويمكن أن يعامل هذا الوسط على أنه كمية متسلسلة ومتواصلة أخذين بنظر الاعتبار الانتقال الذي يحصل في كل طور من أطوار الوسط لقد أصبح انتقال الحرارة بالحمل الطبيعي في الأوساط المسامية متزايد الأهمية في البحوث المنشورة حديثاً خلال العقود الأربعة الماضية وذلك لكثرة التطبيقات التي تتعامل مع هذا النوع من انتقال الحرارة ويمكن ملاحظة أمثلة كثيرة عن الحمل الحرّ خلال الوسط المسامي في المنظومات الصناعية مثل العوازل الحبيبية وهياكل الملفات الكهربائية ذات القدرة العالية أما بالنسبة لمجال ميكانيكا الموائع فإن المواد المسامية مثل الرمل والحجر المسحوق تحت التربة والمشبعة بالمياه والتي تكون تحت تأثير التدرج بالضغط الموضعي سوف تقوم بنقل ذلك المائع وبالتالي نقل الطاقة الموجودة في داخل المائع, أما الحركة الديناميكية لانسياب المائع بين حبيبات المادة المسامية فإنها مهمة جداً في مجال المياه الجوفية وهندسة الري . إن تطبيقات انتقال الحرارة في الأوساط المسامية عديدة وهنا سنقوم بذكر بعض من هذه التطبيقات
• الناحية الكيميائية :
الترشيح و التجفيف وتكثيف الغازات على الأسطح وغيرها.
• الناحية البيئية :
المياه الجوفية وﺇقحام مياه مالحة إلى مستودع ماء أرضي وتصريف النفايات اﻹشعاعية واللاﺇشعاعية وتنظيف التربة بحقن البخار وإزالة التلوث من المياه الجوفية وغيرها.
• الناحية الجيولوجية :
إنتقال الماء والمعادن وإدارة وجني الطاقة من باطن الأرض وغيرها.
• الناحية الميكانيكية :
فتائيل أنابيب التسخين والمواد العازلة المرنة مثل البوليمر الذائب والعوازل الرغوية وكفاءة التجفيف وإزالة الرطوبة من بعض المواد المسامية وخزن الطاقة الشمسية الممتصة وتكوين القوالب الرملية المستخدمة في السباكة الرملية وغيرها.
• الناحية النفطية :
تدفق النفط والغاز من باطن الأرض وإنتاج الغاز الطبيعي من باطن الأرض
وغيرها.