La convection désigne l'ensemble des mouvements internes (verticaux ou horizontaux) qui animent un fluide et qui impliquent le transport des propriétés des parcelles de ce fluide au cours de son déplacement. Ce transfert implique l'échange de chaleur entre une surface et un fluide mobile à son contact, ou le déplacement de chaleur au sein d'un fluide par le mouvement d'ensemble de ses molécules d'un point à un autre. Dans son sens général, la convection constitue, avec la conduction thermique et le transfert radiatif, l'un des trois modes d'échange de chaleur entre deux systèmes donnés (physiques, chimiques ou biologiques); et diffère de ces derniers par la méthode de transfert. Elle s'oppose également à la diffusion de la matière qui homogénéise les propriétés du fluide lors du mouvement.

Ce phénomène physique très courant se produit dans de nombreux systèmes (casserole, atmosphère, manteau terrestre, étoiles, et même les circuits de chauffages...). Lors du processus de convection, un accroissement de vitesse du fluide favorise aussi les possibilités de transformation d'un écoulement laminaire en écoulement turbulent, générant alors une convection turbulente qui facilite considérablement les échanges de propriétés entre couches voisines du fluide et en particulier la diffusion de la chaleur au sein de celui-ci.

Un exemple de convection est celui de la cuisson de pâtes. Les groupes de particules de fluide proches du fond de la casserole sont chauffés. Ils se dilatent donc, deviennent moins denses (cf. masse volumique) et ces parcelles se mettent en mouvement spontané vers le haut. Ceux de la surface de la casserole sont refroidis par le contact de la surface avec un milieu moins chaud, se contractent et gagnent en densité, puis plongent. Le transfert thermique qu'elle engendre est plus efficace que dans le cas de la conduction thermique ou du transfert radiatif.

Définitions

Convection naturelle

La convection naturelle est un phénomène de la mécanique des fluides, qui se produit lorsqu'un gradient induit un mouvement dans le fluide. Le gradient peut être de différente nature, telle la température ou la concentration d'un soluté. La masse volumique est en général fonction de la température et un gradient de température implique une différence de masse volumique au sein du fluide. Cette différence de masse volumique implique une différence de la poussée d'Archimède et donc crée un mouvement. De tels déplacements s'appellent des mouvements de convection. Ils sont à l'origine de certains phénomènes océanographiques (courants marins), météorologiques (orages), géologiques (remontées de magma) par exemple.

La convection thermique n'est pas le seul moyen de créer des mouvements verticaux dans des fluides. Ceux-ci vont se stratifier selon leur densité, à température uniforme, par l'effet de la gravité. Cette convection gravitationnelle se déroule comme la convection thermique avec les zones du fluide plus denses descendant et les parties moins denses poussées vers le haut. Cependant, il n'y a pas de variation de températures dans ces échanges. On peut citer la diffusion de la salinité dans une couche isothermale ou le déplacement du sel vers le bas dans une terre humide.

Convection forcée

La convection forcée est provoquée par une circulation artificielle (pompe, turbine) d'un fluide. Le transfert est plus rapide que dans le cas de convection naturelle. Voici quelques exemples de convection forcée dans des appareillages : chauffage central avec accélérateur, chauffages électriques avec soufflerie, chauffe-eau solaire et four à convection de cuisinière. Le corps humain a son propre système de convection forcée, la circulation sanguine.

Dans un environnement à microgravité comme dans l'espace, la convection naturelle n'est pas possible puisque la poussée d'Archimède s'exerce par la différence de force gravitationnelle sur des volumes de densités différentes. Ainsi la circulation de la chaleur doit être forcée dans une capsule spatiale. Une flamme aurait également de la difficulté à exister car les gaz de combustion resteraient près de la flamme, la coupant de l'apport d'oxygène. Il faut pour l'entretenir une circulation forcée pour éloigner ces gaz et amener l'oxygène.

Principe physique

Une particule de fluide chauffée à la base devient moins dense du fait de sa dilatation thermique et remonte sous l'action de la poussée d'Archimède. Arrivée au sommet de la couche, le fluide échange sa chaleur, se refroidit et s'alourdit. Il redescend alors et crée un transfert retour de chaleur. La première approche physique a été mise en place par Henri Bénard, avec l'étude de la convection dans une couche de fluide soumise à un gradient de température vertical. Ces expériences sont connues sous le nom de cellules de Bénard.

La convection de Rayleigh-Bénard

Description du cycle convectif naturel

Les cellules de Bénard sont le cas d'école étudié par Henri Bénard et Lord Rayleigh. On considère ici un système simple et on suppose un fluide newtonien, incompressible, dans l'approximation de Boussinesq, c'est-à-dire que la seule propriété physique qui change est la masse volumique. Cette configuration est un problème classique d'instabilité thermo-convective aussi appelé instabilité de Rayleigh-Bénard.

Équations de conservation en jeu :

Conservation de la masse : ;

Conservation de la quantité de mouvement ;

Conservation de l'énergie.

Démarrage de la convection

Le transfert thermique dans une couche de fluide horizontale s'effectue par la conduction thermique et le mouvement du fluide. Quand on commence à imposer un gradient thermique entre les surfaces de la couche, un gradient de masse volumique s'installe. Expérimentalement, on observe qu'au bout d'un certain temps, le fluide se met en mouvement spontanément : c'est le démarrage de la convection. Celui-ci est déterminé par un nombre sans dimension appelé nombre de Rayleigh Ra, sans dimension :

avec

ρ (lettre grecque rho) : la masse volumique en kilogramme par mètre cube (kg/m, kg⋅m),

g la force de gravité en mètre par seconde au carré (m/s, m⋅s),

α (lettre grecque alpha) le coefficient d'expansion thermique, sans dimension,

ΔT la différence de température entre le haut et le bas de la couche, en kelvin (K),

κ la diffusivité thermique, en watt par mètre kelvin (W/(m·K), W⋅m⋅K),

η la viscosité dynamique caractéristique, en pascal seconde (Pa⋅s).

d la distance entre le haut et le bas de la couche.

À noter : ces valeurs peuvent être variables dans le fluide et il est important de vérifier que l'on utilise bien des grandeurs caractéristiques.

Expression du flux de chaleur en convection

Pour un écoulement à température T∞ autour d'une structure à température de surface uniforme TS et d'aire A, l'expression du flux de chaleur en convection φ est donnée par la loi de Newton :

où

φ (lettre grecque phi) est en watt (W) ;

h est le coefficient de transfert thermique en watt par mètre carré et par kelvin (W/m/K, W⋅m⋅K).

Pour une convection en air calme, dans des conditions normales de température et de pression, on a typiquement h compris entre 5 et 25 W⋅m⋅K.

Résolution du problème

L'analyse dimensionnelle permet de montrer que, en convection forcée, le nombre de Nusselt Nu, permettant de calculer h puis le flux thermique par la formule indiquée ci-dessus, s'exprime en fonction du nombre de Reynolds Re et du nombre de Prandtl Pr.

, Nusselt local à une abscisse x ;

, Nusselt moyen sur une longueur L.

où C, m et n dépendent des caractéristiques du fluide, de la géométrie et du régime d'écoulement.

L'ingénieur dispose alors d'une série de formules empiriques établies sur des configurations typiques (plaque plane, écoulement autour d'un cylindre…) afin d'en déduire le coefficient de transfert thermique.

Phénomènes convectifs

La convection crée des patrons cycliques de montée de l'air chaud et descente de l'air froid en rouleaux, cellules ou panaches. Il y a une série de domaines où l'on retrouve ce phénomène.

Vie courante

Présentation de la convection dans une casserole

Le mouvement dans une casserole posée sur le feu s'explique par les différences de densité créées par le chauffage. Le fluide se met en mouvement spontanément quand la différence de température entre le haut et le bas de la couche d'eau atteint une valeur critique.

La fumée de cigarette ou de cheminée monte car la combustion crée une zone très chaude et très légère par rapport à l'environnement. Cette zone de fluide monte sous l'action de la poussée d'Archimède.

Le chauffage par le sol relève du même principe. La couche chaude à la base des pièces, du fait de la dilatation thermique, devient plus légère (relativement) et engendre une circulation dans la maison.

Le fonctionnement de la lampe à lave est basé sur ce phénomène: La cire est chauffée par le fond jusqu'à ce que sa densité soit inférieure à celle du fluide environnant. Elle s'élève alors en formant des panaches qui, une fois au sommet de la lampe, refroidissent et retombent au fond du récipient.

Les courants de convection sont à l'origine des contraintes de compression et des contraintes d'expansion (selon leurs mouvements), ce qui cause la déformation des roches.

Pour l'isolation thermique d'une habitation, l'air enfermé entre la toiture et le plancher des combles, ou entre le mur porteur et un mur intérieur n'assure aucunement l'isolation à cause du phénomène de convection accéléré par une différence de température entre paroi chaude et paroi froide: pour réaliser l'isolation, il faut ajouter dans cet espace un matériau isolant dans lequel l'air enfermé dans des bulles ou entre des fibres ne peut pas participer à la convection.

Technologie

Le brûleur de la montgolfière réchauffe l'air au-dessus de lui et fait monter la nacelle.

L'eau du circuit de refroidissement des réacteur des centrales nucléaires est refroidie dans les grandes cheminées en utilisant la capacité d'extraction de chaleur de la convection associée à la chaleur d'évaporation de l'eau particulièrement élevée.

Les tours solaires utilisent également la convection : l'air chauffé par le soleil à la base de la tour remonte dans la tour.

Géophysique

Météorologie

Au sens météorologique, l'emploi du terme « convection » se limite au transport vertical des propriétés de l'air, le transport horizontal desdites propriétés étant désigné par un autre terme : l'advection horizontale. La convection est un phénomène omniprésent dans l'atmosphère terrestre. Elle peut être déclenchée par un réchauffement du sol par le soleil, par le mouvement d'une masse d'air froid au-dessus d'un plan d'eau relativement chaude, ou par d'autres phénomènes (dont les différences d'albédo) qui provoquent le réchauffement relatif du bas d'une couche atmosphérique par rapport à son sommet. Elle joue un rôle dans la chimie de l'atmosphère, en contribuant à certains transferts d'aérosols ou de polluants des basses couches (troposphère) vers les hautes couches, et inversement (pour l'ozone par exemple).

Les processus ou les phénomènes qu'elle est capable de générer à certaines échelles spatio-temporelles sont qualifiés tout simplement de convectifs. Ils sont pourtant loin de représenter l'ensemble des processus et des phénomènes caractérisés par des mouvements verticaux, mais c'est parmi eux que se trouvent des phénomènes clés de la météorologie, comme par exemple les brises, les orages, les cyclones tropicaux ou les moussons.

Mouvements de convection

Il est très usuel de ne recourir au terme de « convection » en météorologie que dans un sens encore plus restreint, celui des mouvements verticaux. Le mouvement convectif ascendant est causé par la différence de température entre la parcelle d'air soulevée et l'environnement plus froid en altitude. En effet, la parcelle se refroidit en montant mais selon le gradient thermique adiabatique, soit moins que la température de l'environnement dans les cas instables. Elle est donc moins dense que l'environnement et subit une poussée d'Archimède vers le haut. Cette différence est l'énergie potentielle de convection disponible (EPCD). Elle sera plus importante si de la chaleur latente est relâchée par la condensation de vapeur d'eau contenue dans la parcelle. La vitesse de déplacement de la parcelle d'air sera proportionnelle à l'EPCD. Il est également possible d'obtenir de la convection oblique dans une zone d’instabilité symétrique conditionnelle qui se manifeste seulement dans un plan incliné par rapport à la convection hydrostatique conventionnelle.

Ce mouvement ascendant s'accompagne du mouvement descendant d'un volume correspondant d'air plus dense (plus froid) par le même principe. La masse de l'air descendant est supérieure à celle de l'air ascendant ; il y a donc une baisse du centre de gravité du système, interprétable comme une conversion d'énergie potentielle gravitationnelle, en énergie cinétique.

Les quantités d'énergie impliquées dans cette conversion peuvent être considérables et se traduire par des mouvements ascendants et descendants importants, créant de la turbulence. S'il y a condensation, on assiste à la formation de nuages convectifs qui peuvent donner de forts coups de vent, des précipitations intenses et de la foudre. Si le cisaillement des vents avec l'altitude est favorable à un transfert de tourbillon, on peut voir se former des tornades. Si le contenu en eau est très important, on peut obtenir des pluies torrentielles et même de la grêle.

Nuages convectifs

Cumulus de beau temps

On donne à la classe des nuages d'origine convective le nom générique de cumulus. Lorsque la couche d'air instable est peu étendue verticalement, on a formation de cumulus humilis, dit cumulus de beau temps, synonymes d'air ascendant. Si l'EPCD augmente, on passe ensuite au cumulus mediocris, puis au congestus, le second produisant les averses. Si l'instabilité est plus grande on obtient le cumulonimbus calvus, pour finir au roi des nuages le cumulonimbus cappilatus incus qui sont synonymes d'un orage mûr et possédant également un cycle descendant de convection.

Chacun de ces nuages est appelé aussi cellule convective. Les orages peuvent être formés de cellules convectives isolées et on parlera alors d'un orage mono ou uni-cellulaire pour ceux peu importants et d'orages supercellulaires pour les autres. Les orages composés de plusieurs cellules convectives se classent en deux catégories, soit les orages multicellulaires, pour ceux provenant d'une cellule initiale qui se clone, et les systèmes convectifs de méso-échelle (ligne de grain, Derecho, complexe convectif de méso-échelle, cyclone tropical, etc.), pour celles qui s'unissent à partir d'une genèse distincte.

Les nuages mentionnés ci-dessus se produisent en général dans une masse d'air assez uniforme ce qui donne une répartition aléatoire des cellules. Si un déclencheur comme un front, un creux barométrique, un soulèvement au-dessus d'un obstacle ou même le flux descendant des nuages passe dans le secteur, il peut servir à organiser la convection ou à donner une convection forcée. Des nuages convectifs peuvent également se former dans des systèmes plus stables. Par exemple, à l'avant d'une dépression qui donne de la pluie continue, dite stratiforme, on a souvent dans bandes de précipitations plus intenses associées à des zones convectives dans les niveaux moyens de l'atmosphère. On note alors des altocumulus castellanus, ou même de cumulonimbus à base haute, imbriqués dans la masse nuageuse.

Finalement, la convection ne se produit pas seulement en été mais on la rencontre en toute saison. Ainsi, dans une tempête de neige les fortes chutes se retrouvent souvent sous des cellules convectives imbriquées. Le cas des bourrasques de neige côtières est un autre exemple alors que de l'air très froid passe au-dessus d'étendues d'eau non gelée et donne des cumulus bourgeonnants de faible extension verticale mais très intenses.

Convection sans nuage

A: Brise de mer, B: Brise de terre

La convection atmosphérique peut se produire sans nécessairement donner des nuages. En effet, elle n'est créée que par la structure thermique et si l'humidité n'est pas suffisante dans la parcelle d'air en ascension, il n'y aura pas de condensation. La brise de mer est un exemple typique de cellule convective en air clair. L'air se réchauffe plus rapidement sur terre que sur l'eau et une circulation thermique se développe durant la journée. Les thermiques qui se développent le long des pentes des montagnes sont un autre exemple où la différence de réchauffement crée une cellule convective à petite échelle, alors que la génération des alizés provient d'une boucle convective à large échelle. On peut mentionner encore les tourbillons de poussière et les vents générés dans un incendie.

Usage de la convection en aéronautique

Sous sa forme bénigne, la convection peut donner aux planeurs et autres aéronefs non motorisés la poussée ascendante dont ils ont besoin pour se maintenir en vol. Les montgolfières utilisent aussi la convection comme moyen de sustentation, en emprisonnant une quantité d'air chaud (moins dense que l'air environnant) à l'intérieur d'un ballon.

Par contre, les forts mouvements verticaux, dans et autour des orages, sont à éviter car ils produisent de la turbulence intense. De plus, le givrage dans ces nuages est important, car les gouttes y sont en surfusion, et la grêle va endommager les aéronefs.

Océanographie

Circulation thermohaline

Le Gulf Stream (en orange et jaune) au large de la côte est des États-Unis (température en fausses couleurs)

L'océan est animé de courants marins mettant en œuvre des phénomènes de convection. Les eaux de surface réchauffées par le Soleil à l'équateur se déplacent en courants superficiels ayant une épaisseur jusqu'à 800 mètres sous l'action des vents. Le réchauffement a comme conséquence une évaporation en surface qui concentre le sel contenu dans l'eau et donc la salinité de ces courants. Ce sont d'abord les alizés qui les poussent d'est en ouest puis, aux abords des continents, le courant remonte vers les hautes latitudes dans les vents généralement d'ouest. Les eaux se refroidissent ensuite à l'approche des calottes polaires et du fait de leur plus grande densité due à leur salinité, s'enfoncent au fond de l'océan. Elles terminent le cycle en retournant vers l'équateur. Cette convection océanique est dite aussi thermosaline, car elle est liée à la température et à la salinité de l'eau de mer.

Cependant, la boucle ne se limite pas à un bassin océanique mais plutôt encercle la Terre en plusieurs sous-boucles. L'eau chaude produite dans l'Atlantique équatorial se déplace vers l'Amérique du Nord avant de tourner vers l'Europe en surface dans le Gulf Stream. Elle plonge ensuite en profondeur et se dirige vers le sud de l'Afrique. Ce faisant l'eau se réchauffe et le sel se dilue lentement, Il finit par remonter en surface au nord de l'océan Indien et du Pacifique. les eaux font un nouveau cycle en surface qui se termine le long de la côte ouest de l'Amérique et replongent en profondeur pour éventuellement resurgir dans l'Atlantique. Une boucle semblable se produit dans l'hémisphère sud. Le cycle complet de cette circulation thermohaline est estimé, de 600 à 800 ans.

Le rôle de ces boucles convectives est essentiel car il permet le transport de chaleur, libérée dans l'atmosphère, de l'équateur vers les pôles. Si ce transfert n'existait pas, il ferait plus chaud à l'équateur et plus froid aux hautes latitudes. Le Gulf Stream et le Kuro Shivo réchauffent ainsi les eaux respectivement situées au large de l'Europe et du Japon. La convection océanique joue aussi un rôle important dans le cycle du carbone. En effet, en plongeant les eaux marines entraînent une grande quantité de dioxyde de carbone (CO2) qui a été capturé de l'atmosphère et qui y est dissous. Ce dioxyde de carbone est restitué en partie à l'atmosphère lorsque les eaux profondes refont surface.

Géologie

Dans les volcans

Chambre magmatique, Nuées ardentes.

Dans la lithosphère

Convection à petite échelle, déstabilisation.

Dans le manteau

La convection mantellique est un phénomène physique se produisant à l’intérieur du manteau terrestre. Elle est considérée comme le moteur profond de la théorie de la tectonique des plaques mais le sujet est toujours en discussion. Soumises à une forte différence de température entre la base du manteau inférieur (isotherme 3 000 °C environ) d'une part et la transition asthénosphère-lithosphère (isotherme 1 330 °C) d'autre part, les roches du manteau développent un gradient de densité important. Les parties chaudes, moins denses, auront tendance à s'élever, tandis que les parties froides, plus denses, auront tendance à s'enfoncer.

Si les forces liées à la poussée d'Archimède sont plusieurs ordres de grandeur supérieures aux forces opposées à l'élévation, une convection à l'état solide se met en place. Ce mécanisme est autorisé par le comportement ductile des roches en profondeur, qui permet au réseau cristallin de se déformer sans se briser (fluage plastique). Le nombre de Rayleigh (Ra), sans dimension, exprime le rapport des forces impliquées dans la convection, qui débute si Ra dépasse une valeur critique, caractéristique d'un milieu donné. Le tout s'effectuant sur une échelle de temps géologique (le million d'année), le manteau se comporte d'une manière similaire à un fluide.

Dans le noyau externe

Plus profond encore, sous le manteau, se trouve le noyau terrestre. Il est composé d'une graine métallique (appelé aussi noyau interne, sorte d'agrégat de liquides solidifiés sous l'effet de la pression) entourée d'une épaisse coquille, métallique elle aussi mais demeurant à l'état liquide : le noyau externe. On peut considérer ici que le liquide contenu dans le noyau externe est confiné entre deux solides. Le noyau externe en question est animé de mystérieux mouvements de convection aux formes inhabituelles. Plusieurs phénomènes physiques de natures différentes (thermique, mécanique, magnétique) agissent de concert pour animer le noyau fluide. Dans un souci de simplification, nous présentons ces différentes causes séparément.

La plus simple et la plus évidente d'entre toutes ces causes est certainement la poussée d'Archimède qui provoque des ascensions de parcelles dans le noyau fluide. Le noyau dans son ensemble se refroidit et cristallise lentement à l'interface entre le noyau interne et le noyau externe : de la chaleur et des éléments légers sont relargués par endroits à la base du fluide. Celui-ci, plus léger que son entourage (voir plus haut), se met naturellement à convecter. C'est une forme de convection dont les deux aspects thermiques et chimiques sont aussi importants l'un que l'autre. On parle de convection thermo-chimique.

Deux autres forces viennent ensuite embellir la mécanique en déviant la trajectoire des parcelles fluides. Tout d'abord, la force de Coriolis. En effet, contrairement au cas du manteau qui l'entoure, la viscosité du fluide constituant le noyau externe est très faible (proche de celle de l'eau). Par conséquent, et puisque la coquille qui encapsule le fluide métallique est en rotation (jour-nuit-jour ...) le mouvement de convection décrit plus haut subit très fortement l'action de la force de Coriolis. Celle-ci devient dominante par rapport aux forces visqueuses et contraint le fluide à s'organiser en colonnes rotatives plus ou moins régulières. À ce stade on peut se représenter la convection dans le noyau en imaginant des parcelles de fluide ascendantes/descendantes convectant avec des trajectoires aux formes spiralées (?? image convection coquille rotation).

Vient ensuite la force de Laplace. Ne l'oublions pas, le fluide considéré ici est métallique ! (fer + nickel + quelques éléments légers). C'est un très bon conducteur de l'électricité, sorte de fluide électrifié, qui est le siège de phénomènes hydro-magnétiques non élucidés à ce jour, notamment l'effet dynamo grâce auquel nous baignons dans un champ magnétique terrestre. Reste cependant une certitude, les phénomènes en question font naître dans le noyau des forces magnétiques suffisamment importantes (compte tenu de l'intensité du champ magnétique terrestre ambiant et de la vigueur de l'écoulement décrit plus tôt) pour modifier elles aussi à leur tour les mouvements de convection dont il est question ici. La convection dans le noyau externe semble alors se complexifier davantage.

Astrophysique

Étude des mouvements dans les étoiles, en particulier dans la zone de convection (en).

对流是指流体内部的分子运动，是热传与质传的主要模式之一。热对流（亦称为对流传热）是三种主要热传方式中的其中一种（另外两种分别是热传导与热辐射）

一个火炉的热对流示意图

概念

对流通常发生在流体内或流体和容器之间有温度差时，因为温度的差异会使得流体之间密度不同，当液体或气体物质一部分受热时，体积膨胀，密度减少，逐渐上升，其位置由周围温度较低、密度较大的物质补充之，此物质再受热上升，周围物质又来补充，如此循环不已，遂将热量由流动之流体传播到各处。质传方面的例子如不同的盐分密度或者是外力的施与引起密度不均，也会引起对流。在大气中、海洋内、以及行星的地函里，也常有对流发生。

类型

在热传学中，对流被分为自然对流与强制对流。自然对流是指在流体之间仅有温度差存在时发生的运动，例如，热空气上升冷空气下降（因为热空气密度较冷空气小所以会上升，反之冷空气密度较热空气大所以会下降）。 自然对流是指当流体内部因温度差异导致流体运动的对流现象。例如：空气从暖气片的表面上升。 自然对流的前提是被加热的材料获得更多的浮力上升，冷一些的材料下沉。自由对流在很多气体或液体中因为温度变化产生的膨胀和收缩并在一个加速度场如重力或者离心力的影响下就会发生。局部密度变化产生的浮力是流体运动的原因。在失重状态下，因为浮力不再存在，所以也不会有自由对流现象。 强制对流是指当有外力推动（如通过泵或者风扇）流体导致流体运动的对流现象。例如：电风扇加热器，当风吹过加热组件时，空气就被加热。当一个人冲着食物吹气以降温时，就使用的是强制对流。

物体表面的对流

- 局部热通量（）

- 局部对流系数

- 表面温度

- 精制或环境温度

- 表面面积

- 总热导率（单位是能量/单位时间）

地球上的对流

大气对流 地球的大气中，太阳辐射加热地球表面，热通过对流传给空气。当这一层空气从地球表面接受到足够的热，就会膨胀，密度减小，这样在浮力作用下上升。较冷的、沉的空气下沉被加热，膨胀上升。暖空气随着高度上升逐渐冷却，到达大气较冷的区域，密度也就增加。因为它不能从下面上升的空气里下沉，所以只好移动到热空气的侧面下沉。当它到达地表时又被加热，重新回到热空气流中。这些对流在局部会产生微风、风、暖流、气旋和雷暴，而大范围影响就会产生全球大气环流现象。 单一区域的空气上升和下沉叫做对流单体。 热随着气流上升辐射到太空而散失掉。 参见：天气。 海洋对流 从太阳吸收热能的海洋也可产生对流。一般来说温度较高的水会倾向于流向极地，低温的水则会流向赤道。海洋对流同时也会受到海洋中盐分影响，这就是所谓热盐对流。在如此情况下，盐分较高的暖水会下沉，而凉者、盐分低的会上升。 地幔热对流 地幔中的对流是驱动板块运动的动力，从而令地壳移动，产生一系列地质构造运动。地幔中作对流用的热能，来自放射性衰变，特别K衰变。

人类应用

其他关于热对流的应用，在空气的对流方面，我们多将室内的冷气设备须置于上部，暖气机须置于室内低处，主要是因为冷空气下降，热空气上升的原因，所以空气之间会产生对流；烟囱的设置，烟囱就是要帮助气体对流，当热空气顺着烟囱向上传递时，新鲜的冷空气可以不断补充，让炉内的燃烧效果更好。 另外，我们常见的有关对流的实例如冬天睡觉时盖棉被，主要是可以防止棉被内外空气的对流而保持体温；喝热水时，若嫌其太热，常用口吹气，这是因为吹气时，邻近空气发生对流作用，把热水的热带走，而使热水易冷却；失火的地方，常有风助火势；滨海地区，夏日白天常吹海风，晚上常吹陆风等都是热对流的例子。