Hitteverdeling

Hitteverdeling is het begrip voor hoe warmte zich verspreidt in ruimte en tijd tussen materialen en systemen. Het hangt af van temperatuurverschillen, de materiaaleigenschappen zoals warmtegeleidingsvermogen, warmtecapaciteit en dichtheid, en van de omgevingscondities zoals luchtstromen en straling.

Er zijn drie hoofdmechanismen van warmteoverdracht: geleiding, convectie en straling. Geleiding vindt plaats in vaste stoffen door botsingen en beweging van moleculen en vrije elektrische ladingen, beschreven door Fourier's wet: q = -k ∇T. Convectie treedt op wanneer een fluïdum warmte transporteert via beweging; dit kan natuurlijk gebeuren door temperatuurverschillen of worden aangedreven door een pomp of ventilator. Straling zit niet-vloeibaar en hangt af van de temperatuur naar de vierde macht; de wet van Stefan-Boltzmann en emissiviteit bepalen de hoeveelheid stralingswarmte.

In wiskundige termen wordt hitteverdeling vaak beschreven door de warmtevergelijking. Voor een homogene isotroop materiaal in een begrensde ruimte: ∂(ρcT)/∂t = ∇·(k∇T) + Q, waarbij ρ dichtheid, c soortelijke warmte, k warmtegeleiding, en Q interne warmtebron.

Toepassingen van het begrip hitteverdeling zijn onder meer bouwfysica (isolatie en thermische comfort), elektronica (afvoer van warmte van componenten), en industriële processen (warmtewisselaars en verwarmingssystemen). Het beoordelen van hitteverdeling gebeurt metingen zoals thermografie, thermokoppels en warmtebeeldtechnieken, en met numerieke modellering via CFD of de eindige-elementenmethode.

Samenvattend beschrijft hitteverdeling hoe warmte zich door en tussen systemen verspreidt, beïnvloed door materiaaleigenschappen, overdrachtsmechanismen en randvoorwaarden, en die kennis wordt toegepast in ontwerp, analyse en regulering van verwarmings- en koelsystemen.