Konwekcja jest jednym z fundamentalnych mechanizmów transportu energii i materii w przyrodzie, obok przewodzenia cieplnego i promieniowania. Bez zrozumienia konwekcji trudno wyjaśnić cyrkulację atmosfery, prądy morskie, funkcjonowanie instalacji grzewczych czy procesy zachodzące wewnątrz gwiazd. Artykuł ten omawia fizyczne podstawy zjawiska, jego znaczenie w różnych działach nauki oraz praktyczne zastosowania w technice, meteorologii i badaniach klimatu.
Podstawy fizyczne konwekcji
Konwekcja to proces transportu ciepła i masy spowodowany ruchem makroskopowym cząsteczek płynu, czyli cieczy lub gazu. W przeciwieństwie do przewodzenia, gdzie energia przekazywana jest lokalnie między sąsiadującymi cząsteczkami, konwekcja polega na przemieszczeniu całych porcji ośrodka. Kluczową rolę odgrywają tu różnice gęstości wynikające ze zmian temperatury oraz działanie pola grawitacyjnego.
Jeżeli pewien obszar płynu zostanie ogrzany, zwiększa się średnia energia kinetyczna cząsteczek. Zwykle prowadzi to do rozszerzania się objętości przy prawie niezmienionej masie, a zatem do spadku gęstości. Lżejszy fragment płynu ma tendencję do unoszenia się ku górze, podczas gdy chłodniejsze, gęstsze obszary opadają w dół. Powstaje tym samym cyrkulacja, którą w najprostszym przypadku opisuje się jako komórki konwekcyjne.
Ruch płynu w konwekcji podlega równaniom hydrodynamiki, przede wszystkim równaniom Naviera-Stokesa, sprzężonym z równaniem energii. Uproszczone modele stosowane w praktyce inżynierskiej wykorzystują m.in. przybliżenie Boussinesqa, w którym zakłada się niewielkie zmiany gęstości w stosunku do wartości odniesienia. Pozwala to na zachowanie liniowej zależności między gęstością a temperaturą, co znacznie upraszcza opis matematyczny.
Istotne jest rozróżnienie pomiędzy konwekcją i przewodzeniem. W rzeczywistych układach przepływ ciepła zazwyczaj ma charakter mieszany – pewna część strumienia energii przenoszona jest przez mikroskopijne zderzenia cząsteczek (przewodzenie), a część przez ruch płynu (konwekcja). Dominujący mechanizm zależy od właściwości materiału, skali przestrzennej, różnic temperatur oraz geometrii problemu.
Rodzaje konwekcji i ich charakterystyka
Konwekcja swobodna (naturalna)
Konwekcja swobodna, nazywana też naturalną, zachodzi wtedy, gdy ruch płynu wywoływany jest jedynie przez siły wyporu wynikające z różnic gęstości. Nie potrzebne są żadne zewnętrzne urządzenia mechaniczne, jak wentylatory czy pompy. Typowym przykładem jest unoszenie się ciepłego powietrza nad kaloryferem lub wznoszenie się dymu z ogniska.
Matematyczny opis konwekcji naturalnej często wykorzystuje wymiarowe liczby bezwymiarowe, z których kluczowa jest liczba Rayleigha (Ra). Łączy ona efekty dyfuzji cieplnej, lepkości i sił wyporu. Gdy Ra przekracza pewną wartość krytyczną, układ staje się niestabilny i zamiast spokojnego przewodzenia ciepła pojawia się ruch konwekcyjny. W praktyce obserwujemy wtedy formowanie się regularnych struktur, na przykład komórek Bénarda w cienkiej warstwie cieczy ogrzewanej od dołu.
Konwekcja swobodna odgrywa ogromną rolę w meteorologii i geofizyce. W atmosferze odpowiada za powstawanie chmur kłębiastych, prądów wstępujących i termik wykorzystywanych przez ptaki szybujące oraz pilotów szybowców. W skorupie i płaszczu Ziemi powolna, lecz długotrwała konwekcja magmy sprzyja ruchom płyt tektonicznych.
Konwekcja wymuszona
Konwekcja wymuszona występuje wtedy, gdy ruch płynu generowany jest przez zewnętrzne urządzenie lub pole siłowe. Obejmuje to przepływ powietrza przez kanał wentylacyjny, obieg wody w instalacji grzewczej wymuszony pompą, czy chłodzenie elementów elektronicznych wentylatorami. W tego typu układach prędkości przepływu mogą być o rzędy wielkości większe niż w konwekcji swobodnej, co prowadzi do efektywniejszego transportu ciepła.
Do opisu takich procesów wykorzystuje się m.in. liczbę Reynoldsa (Re), charakteryzującą stosunek sił bezwładności do sił lepkości. Niskie wartości Re oznaczają przepływ laminarny, uporządkowany, natomiast wysokie – przepływ burzliwy, silnie zawirowany. W przepływach turbulentnych intensywniej mieszają się różne obszary płynu, co zwykle zwiększa współczynnik konwekcji i prowadzi do większej wymiany ciepła.
W technice często stosuje się rozwiązania sprzyjające przejściu do reżimu turbulentnego, na przykład chropowate powierzchnie, łopatki mieszające czy odpowiednio zaprojektowane profile kanałów. Z jednej strony zwiększa to opory przepływu i zużycie energii na pompowanie, z drugiej – znacząco podnosi skuteczność chłodzenia, co jest kluczowe w energetyce, elektrotechnice czy technologiach kosmicznych.
Konwekcja mieszana
W wielu rzeczywistych sytuacjach konwekcja ma charakter mieszany: jednocześnie działają siły wyporu i wymuszenie mechaniczne. Dzieje się tak na przykład w wysokich halach przemysłowych, gdzie ogrzane powietrze unosi się ku górze (efekt kominowy), lecz jednocześnie jest przemieszczane przez systemy wentylacyjne. Analiza takich przypadków wymaga uwzględnienia zarówno liczby Rayleigha, jak i Reynoldsa oraz określenia, który mechanizm dominuje w danym obszarze.
Konwekcja mieszana pojawia się także w systemach chłodzenia reaktorów jądrowych, w wymiennikach ciepła dużej mocy czy w nowoczesnych budynkach pasywnych, gdzie naturalne strumienie powietrza wspomagane są wentylacją mechaniczną. Prawidłowe zaprojektowanie tych układów ma decydujące znaczenie dla bezpieczeństwa i efektywności energetycznej.
Konwekcja w skali laboratoryjnej i przemysłowej
Eksperymenty modelowe
Badania nad konwekcją prowadzone są zarówno w prostych układach laboratoryjnych, jak i w złożonych instalacjach przemysłowych. Klasycznym doświadczeniem jest ogrzewanie cienkiej warstwy cieczy od spodu. Po przekroczeniu krytycznego gradientu temperatury na granicy dolnej płyty i cieczy pojawiają się regularne sześciokątne komórki konwekcyjne, dobrze widoczne przy odpowiednim barwieniu cieczy.
Tego typu doświadczenia pozwalają sprawdzać teorie dotyczące powstawania struktur uporządkowanych w nieliniowych układach dynamicznych. Konwekcja Bénarda stała się jednym z najbardziej znanych modeli badania samoorganizacji w fizyce i chemii nieliniowej, a także inspiracją dla rozważań o powstawaniu złożonych struktur w przyrodzie.
Zastosowania w wymiennikach ciepła i energetyce
W przemyśle energetycznym konwekcja jest podstawowym mechanizmem przenoszenia ciepła w kotłach parowych, turbinach gazowych, chłodniach kominowych i systemach kogeneracyjnych. W wymiennikach ciepła, takich jak płytowe, płaszczowo-rurowe czy spiralne, projektuje się warunki przepływu tak, aby z jednej strony maksymalizować współczynnik przenikania ciepła, z drugiej – ograniczać spadki ciśnienia i ryzyko kawitacji.
Nowoczesne elektrownie, w tym elektrownie jądrowe i instalacje oparte na odnawialnych źródłach energii, w coraz większym stopniu bazują na zaawansowanych symulacjach numerycznych konwekcji. Metody obliczeniowej mechaniki płynów (CFD) umożliwiają przewidywanie pola temperatur, prędkości i ciśnień w złożonych geometrach urządzeń, co pozwala optymalizować ich konstrukcję jeszcze przed wykonaniem prototypów.
W chłodnictwie i klimatyzacji konwekcja wykorzystywana jest m.in. w parownikach i skraplaczach. Czynnik roboczy przepływa przez system kanałów, oddając lub pobierając ciepło od otoczenia. Zastosowanie mikrokanałów, nanostruktur powierzchni oraz specjalnych powłok hydrofobowych pozwala zwiększać intensywność wymiany ciepła przy jednoczesnym ograniczaniu osadzania się zanieczyszczeń.
Konwekcja w procesach technologicznych
W przemyśle chemicznym i spożywczym konwekcja odgrywa kluczową rolę w procesach mieszania, suszenia, destylacji czy krystalizacji. W reaktorach chemicznych stosuje się mieszadła mechaniczne i przepływy wymuszone, aby zapewnić jednorodność stężeń reagentów i temperatury. Niejednorodna konwekcja może prowadzić do powstawania stref martwych, przegrzewania lokalnego i niepożądanych produktów reakcji.
W suszarniach przemysłowych kontroluje się zarówno prędkość, jak i temperaturę powietrza, by zapewnić równomierne odprowadzanie wilgoci z suszonego materiału. Zbyt intensywna konwekcja może powodować nadmierne wysuszenie powierzchni przy wciąż wilgotnym wnętrzu produktu, natomiast zbyt słaba – wydłużać proces i zwiększać zużycie energii. Projektowanie takich urządzeń wymaga znajomości własności termicznych i dyfuzyjnych materiału oraz charakteru przepływu.
Konwekcja w atmosferze i klimacie
Procesy konwekcyjne w atmosferze
Atmosfera Ziemi jest niezwykle dynamicznym układem, w którym konwekcja ciepła i wilgoci decyduje o kształtowaniu się pogody i klimatu. Ogrzewanie powierzchni ziemi przez promieniowanie słoneczne powoduje nagrzewanie warstwy przygruntowej powietrza. Jeżeli powietrze to jest cieplejsze i lżejsze od warstw znajdujących się powyżej, zaczyna się wznosić, zabierając ze sobą parę wodną i zanieczyszczenia.
Podczas unoszenia się powietrze rozpręża się, a jego temperatura spada. Gdy osiągnie poziom kondensacji, para wodna zaczyna się skraplać, tworząc chmury kłębiaste. Dalszy rozwój struktur chmurowych, w tym powstawanie chmur burzowych typu cumulonimbus, zależy od stabilności atmosfery, dostępności wilgoci i pionowego profilu wiatru. W silnych komórkach burzowych występują intensywne prądy wstępujące i zstępujące, będące przejawem gwałtownej konwekcji.
Konwekcja atmosferyczna odpowiada również za powstawanie zjawisk takich, jak turbulencje powietrzne istotne dla lotnictwa, występowanie superkomórek burzowych czy gwałtowne opady gradu. Modele numeryczne pogody muszą uwzględniać parametryzację procesów konwekcyjnych, ponieważ ich pełne rozwiązanie w skali globalnej wymagałoby nieosiągalnej rozdzielczości obliczeniowej.
Cyrkulacja globalna i prądy morskie
Na skalę globalną konwekcja przyczynia się do powstawania wielkoskalowych komórek cyrkulacyjnych w atmosferze: Hadleya, Ferrela i okołobiegunowych. Ciepłe powietrze w rejonach równikowych unosi się, przemieszcza w wyższych warstwach ku wyższym szerokościom geograficznym, a następnie ochładza i opada. Tworzy to ogromne układy transportu energii z obszarów nasłonecznionych ku biegunom.
Podobne procesy zachodzą w oceanach. Różnice gęstości wody morskiej związane z temperaturą i zasoleniem prowadzą do tzw. cyrkulacji termohalinowej. W rejonach polarnych chłodna, gęsta woda opada na duże głębokości, natomiast w obszarach równikowych cieplejsza woda unosi się ku powierzchni. Powstaje globalny system prądów morskich, który ma znaczący wpływ na klimat kontynentów.
Przykładem jest Prąd Zatokowy, transportujący ciepłą wodę z rejonów tropikalnych ku Europie Zachodniej. Zmiany intensywności tej cyrkulacji, spowodowane np. globalnym ociepleniem czy dopływem wód roztopowych z lądolodów, mogą prowadzić do dużych zmian klimatycznych. Dlatego badanie konwekcji w oceanach i jej sprzężenia z atmosferą jest jednym z kluczowych zadań współczesnej klimatologii.
Konwekcja a ekstremalne zjawiska pogodowe
Silna konwekcja w atmosferze jest często związana z występowaniem ekstremalnych zjawisk pogodowych, takich jak trąby powietrzne, ulewy nawalne czy superkomórki burzowe. W obszarach, gdzie napływa ciepłe i wilgotne powietrze przy powierzchni oraz chłodne i suche powietrze w wyższych warstwach, tworzy się wyraźna niestabilność termodynamiczna. Dodatkowo pionowy uskok wiatru może prowadzić do rozwinięcia rotacji w obrębie komórki konwekcyjnej.
W nowoczesnych systemach prognoz krótkoterminowych stosuje się zaawansowane wskaźniki niestabilności, takie jak CAPE (Convective Available Potential Energy) czy Lifted Index, które w połączeniu z danymi radarowymi i satelitarnymi pozwalają oceniać ryzyko wystąpienia konwekcji głębokiej. Rozumienie fizyki konwekcji ma więc bezpośrednie przełożenie na bezpieczeństwo ludności i infrastruktury.
Konwekcja w geologii, astrofizyce i innych dziedzinach nauki
Konwekcja w wnętrzu Ziemi
Wnętrze naszej planety jest miejscem powolnej, lecz ciągłej konwekcji w płaszczu ziemskim. Choć skały płaszcza w krótkiej skali czasowej zachowują się jak ciało stałe, w skali milionów lat płyną bardzo wolno pod wpływem gradientu temperatury i grawitacji. Ciepło generowane przez rozpad promieniotwórczy oraz resztkowe ciepło pierwotne powodują ogrzewanie głębszych warstw, co prowadzi do ich unoszenia się względem chłodniejszych partii bliżej powierzchni.
Konwekcja w płaszczu jest uważana za główny motor ruchów płyt tektonicznych. W miejscach wznoszących się pióropuszy gorącego materiału powstają ryfty i grzbiety śródoceaniczne, natomiast w rejonach, gdzie chłodniejsza skorupa oceaniczna opada z powrotem do płaszcza, tworzą się strefy subdukcji. Zrozumienie tych procesów pozwala lepiej interpretować rozmieszczenie trzęsień ziemi, wulkanizmu oraz ewolucję kontynentów.
Konwekcja w gwiazdach i planetach
W astrofizyce konwekcja jest jednym z podstawowych mechanizmów transportu energii wewnątrz gwiazd. W zależności od masy i składu chemicznego gwiazdy mogą mieć różne strefy: radiacyjne, gdzie dominuje transport energii przez promieniowanie, oraz konwekcyjne, w których energia przenoszona jest przez ruch plazmy. W Słońcu zewnętrzne warstwy tworzą rozległą strefę konwekcyjną, dobrze widoczną dzięki obserwacjom granulacji na powierzchni.
Granule słoneczne, o rozmiarach rzędu kilkuset kilometrów, to komórki konwekcyjne, w których gorąca plazma unosi się z głębszych warstw, promieniuje energię w przestrzeń kosmiczną, po czym ochładza się i opada w ciemniejszych granicach komórek. Konwekcja słoneczna odgrywa kluczową rolę w generowaniu pola magnetycznego Słońca, mechanizmie dynamo magnetohydrodynamicznego i aktywności słonecznej.
W atmosferach planetarnych, takich jak Jowisz czy Saturn, konwekcja odpowiada za powstawanie charakterystycznych pasów chmur, wirów i długotrwałych struktur, np. Wielkiej Czerwonej Plamy. Badania tych zjawisk wykorzystują zarówno obserwacje teleskopowe, jak i modele numeryczne, w których uwzględnia się złożone sprzężenia między promieniowaniem, konwekcją i rotacją planety.
Konwekcja w biologii i medycynie
Choć na pierwszy rzut oka konwekcja kojarzy się głównie z fizyką i techniką, ma ona znaczenie także w naukach biologicznych i medycznych. W organizmach wielokomórkowych transport ciepła i substancji chemicznych często odbywa się dzięki ruchowi płynów ustrojowych. Przykładem jest krążenie krwi, gdzie serce pełni rolę pompy wymuszającej przepływ, a konwekcja umożliwia szybkie dostarczanie tlenu i składników odżywczych do komórek.
W mikrobiologii i inżynierii biomedycznej kontrola konwekcji jest ważna przy hodowli komórek w bioreaktorach, gdzie konieczne jest zapewnienie jednorodnego rozkładu substancji odżywczych, tlenu i temperatury. Niewłaściwe warunki konwekcyjne mogą prowadzić do stresu komórkowego, tworzenia się gradientów i obniżenia wydajności procesów biotechnologicznych.
Modelowanie i symulacje konwekcji
Metody numeryczne
Ze względu na nieliniowy i złożony charakter równań opisujących ruch płynów, analityczne rozwiązania problemów konwekcyjnych są rzadkie i dotyczą zazwyczaj mocno uproszczonych przypadków. W praktyce badawczej i inżynierskiej dominuje podejście numeryczne, oparte na metodach takich jak metoda objętości skończonych, elementów skończonych czy różnic skończonych.
W obliczeniowej mechanice płynów rozwiązuje się równania Naviera-Stokesa sprzężone z równaniem transportu energii i, w razie potrzeby, równaniami transportu masy. Symulacje mogą obejmować zarówno przepływy laminarne, jak i turbulentne. W tym drugim przypadku stosuje się modele turbulencji, np. RANS, LES lub DNS, w zależności od dostępnych zasobów obliczeniowych i wymaganej dokładności.
Nowoczesne programy CFD pozwalają uwzględniać złożone geometrie, zmienne własności materiałowe, przemiany fazowe i reakcje chemiczne. Dzięki temu możliwe jest projektowanie zaawansowanych wymienników ciepła, analizowanie bezpieczeństwa reaktorów jądrowych, optymalizacja systemów HVAC czy prognozowanie przepływów w środowisku naturalnym.
Doświadczalne techniki pomiarowe
Uzupełnieniem modelowania numerycznego są pomiary eksperymentalne. Do diagnostyki zjawisk konwekcyjnych stosuje się m.in. anemometrię laserową (LDA), cyfrową anemometrię obrazową (PIV), termografię w podczerwieni czy techniki fluorescencyjne do wizualizacji pól temperatury i stężeń. Dane te służą do walidacji modeli numerycznych oraz lepszego zrozumienia struktur przepływu.
W badaniach laboratoryjnych często wykorzystuje się płyny modelowe, barwniki i cząstki śledzące, które umożliwiają wizualne śledzenie linii prądu i komórek konwekcyjnych. Rejestracja w wysokiej rozdzielczości czasowej i przestrzennej pozwala analizować niestabilności, przejście od przepływu laminarnego do turbulentnego oraz powstawanie wzorów przestrzennych.
Konwekcja a efektywność energetyczna i zrównoważony rozwój
Budownictwo energooszczędne
W nowoczesnym budownictwie rośnie znaczenie zarządzania przepływami ciepła i powietrza w budynkach. Konwekcja wpływa na komfort cieplny, straty ciepła i zużycie energii na ogrzewanie i chłodzenie. Odpowiednie zaprojektowanie systemów wentylacji naturalnej, rozmieszczenie źródeł ciepła, kształt pomieszczeń i izolacja termiczna może znacząco poprawić efektywność energetyczną.
W budynkach pasywnych wykorzystuje się zjawisko konwekcji do naturalnego przewietrzania i chłodzenia w nocy, a także do rozprowadzania ciepła z kolektorów słonecznych. Analizy te często opierają się na symulacjach CFD, które pozwalają przewidywać rozkład prędkości i temperatur powietrza w rzeczywistych wnętrzach, uwzględniając obecność ludzi, mebli i źródeł ciepła.
Odnawialne źródła energii
Konwekcja odgrywa również istotną rolę w funkcjonowaniu wielu systemów odnawialnych źródeł energii. W kolektorach słonecznych ciecz robocza ogrzewana jest przez promieniowanie, po czym unosi się w górę instalacji, oddając ciepło do zasobnika. W niektórych rozwiązaniach stosuje się obiegi grawitacyjne, w których cyrkulacja zachodzi bez użycia pompy, wyłącznie dzięki konwekcji naturalnej.
W elektrowniach słonecznych wieżowych ogrzane powietrze w wysokich kominach słonecznych unosi się, napędzając turbiny. Skuteczność takich instalacji zależy od warunków konwekcyjnych, wysokości komina, nasłonecznienia i właściwości powierzchni absorbujących ciepło. Optymalizacja tych parametrów jest wyzwaniem inżynierskim i obszarem aktywnych badań.
Najważniejsze parametry i liczby bezwymiarowe
Analiza konwekcji w naukach ścisłych i inżynierii często opiera się na liczbach bezwymiarowych, które pozwalają porównać różne układy i skale. Oprócz wspomnianej liczby Reynoldsa i Rayleigha istotna jest również liczba Nusselta (Nu), definiowana jako stosunek całkowitego transportu ciepła do transportu na drodze czystego przewodzenia. Wysoka wartość Nu oznacza, że konwekcja jest głównym mechanizmem wymiany ciepła.
Kolejna ważna wielkość to liczba Prandtla (Pr), będąca stosunkiem lepkości kinetycznej do dyfuzyjności cieplnej. Określa ona relację między grubością warstwy przyściennej prędkości a warstwy przyściennej temperatury. Dla gazów Pr jest zwykle zbliżona do 0,7, dla większości cieczy – rzędu jedności, a dla olejów może być znacznie większa. Wpływa to na charakter rozkładów temperatury i prędkości w pobliżu ścian.
W praktyce inżynierskiej korzysta się z empirycznych korelacji wiążących Nu z Re, Pr i Ra, co pozwala projektować urządzenia wymiany ciepła bez konieczności przeprowadzania złożonych symulacji numerycznych dla każdego przypadku. Rozwój takich korelacji opiera się na wieloletnich badaniach eksperymentalnych i porównaniach z modelami teoretycznymi.
FAQ – najczęstsze pytania o konwekcję
Na czym polega różnica między konwekcją a przewodzeniem ciepła?
Przewodzenie ciepła zachodzi dzięki mikroskopijnym oddziaływaniom między cząsteczkami w spoczynku – energia przekazywana jest lokalnie, bez makroskopowego ruchu materiału. Konwekcja wymaga przepływu płynu: całe porcje cieczy lub gazu przemieszczają się, niosąc ze sobą energię i często także składniki chemiczne. W wielu rzeczywistych układach oba mechanizmy współistnieją, ale jeden z nich zwykle dominuje.
Dlaczego ciepłe powietrze unosi się do góry?
Podgrzanie powietrza zwiększa średnią energię kinetyczną cząsteczek, co prowadzi do rozszerzenia objętości przy niemal tej samej masie. Powoduje to spadek gęstości takiej porcji powietrza względem otoczenia. W polu grawitacyjnym lżejsze powietrze doświadcza siły wyporu skierowanej ku górze i zaczyna się unosić. Zjawisko to jest podstawą konwekcji naturalnej, cyrkulacji atmosferycznej i działania kominów.
Jakie znaczenie ma konwekcja dla powstawania chmur i burz?
Konwekcja w atmosferze powoduje unoszenie ciepłego, wilgotnego powietrza ku górze. Wraz ze wzrostem wysokości powietrze się ochładza, a para wodna zaczyna się skraplać, tworząc chmury kłębiaste. Gdy niestabilność termodynamiczna jest duża, komórki konwekcyjne mogą rozwinąć się w chmury burzowe z silnymi prądami wstępującymi i zstępującymi. To prowadzi do intensywnych opadów, wyładowań atmosferycznych, a czasem gradu i trąb powietrznych.
W jaki sposób konwekcja wpływa na efektywność ogrzewania budynków?
W systemach grzewczych konwekcja odpowiada za rozprowadzanie ciepła z kaloryferów lub innych źródeł po pomieszczeniu. Ciepłe powietrze unosi się, a chłodniejsze opada, tworząc obieg. Od rozmieszczenia grzejników, kształtu pomieszczeń i izolacji termicznej zależy, czy ten obieg będzie równomierny. Źle zaprojektowana konwekcja prowadzi do stref przegrzanych i niedogrzanych, zwiększonego zużycia energii i obniżonego komfortu cieplnego użytkowników.
Czym jest liczba Rayleigha i dlaczego jest ważna w konwekcji?
Liczba Rayleigha to bezwymiarowy parametr opisujący stosunek sił wyporu do efektów lepkości i dyfuzji cieplnej w płynie. Jej wartość decyduje o tym, czy transport ciepła zachodzi głównie przez przewodzenie, czy też układ staje się niestabilny i pojawia się ruch konwekcyjny. Gdy liczba Rayleigha przekroczy wartość krytyczną, w ogrzewanej warstwie płynu powstają komórki konwekcyjne. Parametr ten jest kluczowy w analizie wielu procesów geofizycznych i technicznych.
