Kokonaislämpövirta

Kokonaislämpövirta on termodynamiikan käsite, joka kuvaa lämmön kokonaismäärän siirtymisen aikayksikköä kohti kontrollivolyymin tai rajapinnan alueelta. Se merkitään usein Q tai Φ ja mitataan wateissa (W). Merkkisääntö määrittelee, että kokonaislämpövirta on positiivinen, kun lämpö virtaa systeemin sisään.

Kokonaislämpövirta voidaan laskea rajapinnan yli integroidulla lämpövirtausten tiheydellä: Q = ∮_S q · n dA, jossa q on paikallinen lämpövirtausten tiheys (W/m^2) ja n on rajapinnan ulospäin normaalivektori. Tämä kuvaa energian nettosiirtoa rajapinnan kautta.

Lämpöä siirtävät mekanismit vaikuttavat kokonaisvirtaan seuraavasti:

- Konduktio: q = -k ∇T, joten Q_konduktio = ∮_S (-k ∇T) · n dA.

- Konvektio: paikallinen lämpövirta on q''_conv = h (T_s - T∞), jolloin Q_konvektio = ∮_S h (T_s - T∞) dA.

- Säteily: q''_rad = ε σ (T_s^4 - T_sur^4), joten Q_säteily = ∮_S ε σ (T_s^4 - T_sur^4) dA.

Kokonaislämpövirta on siis nettopäästö lämpöä ulos tai sisään ja se riippuu sekä materiaaleista että rajapintojen geometrioista sekä ympäristön lämpötiloista. Vakiotilassa Q_total voi olla nolla, jos energiamäärä pysyy muuttumattomana eikä lämmöntuotanto tai -tyhjiöitä ole. Kokonaislämpövirta on keskeinen käsite rakennusfysiikassa, elektroniikkalämmityksessä ja lämpöhäviöiden analysoinnissa.