Lämpönsiirtomalleissa

Lämpönsiirtomalleissa kuvataan ja analysoidaan, miten lämpöenergia liikkuu järjestelmien välillä. Nämä mallit ovat keskeisiä monilla teknisillä ja tieteellisillä aloilla, kuten rakennustekniikassa, koneenrakennuksessa, ilmastoinnissa ja jopa biologiassa. Lämpö voi siirtyä kolmella päämekanismilla: johtumalla, kuljettumalla ja säteilemällä.

Johtuminen on lämmönsiirtoa aineen sisällä tai kahden aineen välillä suorassa kosketuksessa. Tämä tapahtuu atomien ja molekyylien värähtelyjen ja törmäysten kautta, ja se on tehokkainta kiinteissä aineissa, erityisesti metalleissa. Johtumismallit perustuvat usein Fourier'n lakiin, joka kuvaa lämpövuon riippuvuutta lämpötilaerosta ja materiaalin lämmönjohtavuudesta.

Kuljetuminen, eli konvektio, on lämmönsiirtoa nesteiden tai kaasujen liikkeen mukana. Kun neste tai kaasu lämpenee, se yleensä laajenee ja muuttuu vähemmän tiheäksi, jolloin se nousee ja viileämpi, tiheämpi aine laskeutuu alas, luoden kiertoliikkeen. Luonnollinen konvektio tapahtuu lämpötilaerojen seurauksena, kun taas pakotettu konvektio tapahtuu ulkoisen voiman, kuten pumpun tai puhaltimen, avulla.

Säteily on lämmönsiirtoa sähkömagneettisten aaltojen muodossa, eikä se vaadi väliainetta, joten se voi tapahtua myös tyhjiössä. Aurinko lämmittää maapalloa säteilyn avulla. Kaikki kappaleet, joiden lämpötila on absoluuttisen nollapisteen yläpuolella, lähettävät lämpösäteilyä. Stefan-Boltzmannin laki kuvaa kappaleen säteilemän tehon riippuvuutta sen lämpötilasta ja emissiivisyydestä.

Lämpönsiirtomalleissa näitä mekanismeja voidaan tarkastella erikseen tai yhdessä riippuen sovelluksesta. Monimutkaisemmissa tapauksissa käytetään numeerisia menetelmiä, kuten elementtimenetelmää, lämpönsiirtoprosessien simulointiin.