Lämmönsiirtoon

Lämmönsiirtoon liittyy energian siirtyminen lämpötilojen erotessa kappaleiden tai aineiden välillä. Siirto tapahtuu, kun on lämpötilapäästöä, ja se voi ilmetä kiinteissä aineissa, nesteissä ja kaasuissa sekä säteilyn kautta avaruudessa. Lämmönsiirron perusajatus on, että lämpö pyrkii tasoittumaan siirtämällä energiaa korkeamman lämpötilan alueelta matalamman lämpötilan suuntaan.

Kolme päämuotoa ovat johtuminen, konvektio ja säteily. Johtuminen tapahtuu kosketuksen kautta ja siirtää lämpöä aineiden sisällä sekä rajapinnoilla. Fourierin lain mukaan lämmönvirta on verrannollinen lämpötilagradienttiin: Q = -k A dT/dx, jossa Q on siirto, k on aineen lämpöjohtavuus ja A pinta-ala. Konvektio syntyy nesteen tai kaasun virtauksesta; konvektiivinen lämmönsiirtokerroin h määrittelee lämmönvirran Q = h A ΔT. Säteily on lämpöä sähkömagneettisena säteilynä ilman välikappaleita; Stefan–Boltzmannin laki antaa Q = ε σ A (T^4 − T_env^4), missä ε on emissivisyys ja σ Stefan–Boltzmannin vakio.

Lämmönsiirtoon vaikuttavat ominaisuudet kuten materiaalin lämpöjohtavuus k, tiheys ja lämpökapasiteetti sekä geometria, pinta-ala ja lämpötilaero. Käytännössä suunnittelussa pyritään hallitsemaan lämpöä eristemateriaaleilla, jäähdytysratkaisuilla sekä optimoiduilla pinnoilla ja rakenteilla.

Sovelluksia ovat rakennusten lämmitys ja jäähdytys, teolliset prosessit sekä elektroniikkalaitteiden jäähdytys. Lämmönsiirtoprosesseja suunnitellaan siten, että johtuminen, konvektio ja säteily toimivat tehokkaasti yhdessä ja energiaa käytetään tarkoituksenmukaisesti.