Lämmönsiirtotapa

Lämmönsiirtotapa tarkoittaa mekanismia, jolla lämpöenergia siirtyy kappaleiden välillä tai ympäristön ja kappaleen välillä. Tavanomaisesti jaotellaan kolmeen päämuotoon: johtuminen, konvektio ja säteily. Johtuminen tapahtuu aineen sisällä sekä kappaleiden välillä, kun lämpötilaero aiheuttaa energian siirtymisen hiukkasten, atomien tai elektronien välityksellä. Tämä ilmiö on yleisintä kiinteissä aineissa, ja sitä kuvataan Fourierin lailla: q = -k ∇T, jossa q on lämpövirta ja k on aineen lämpöjohtavuus.

Konvektio syntyy nesteissä ja kaasuissa, kun lämpötilaero saa nesteen tai kaasun liikkeelle. Konvektiota voidaan luokitella luonnolliseen konvektioon sekä pakotettuun konvektioon, jossa liike ohjataan ulkoisesti. Lämpövuoto konvektiossa voidaan arvioida kaavalla q = h A (T_s - T∞), jossa h on lämmönsiirtokerroin ja T_s sekä T∞ ovat pintalämpötila ja tilalämpötila.

Säteily on lämpöä, joka siirtyy elektromagneettisena säteilynä ja voi tapahtua tyhjiössä. Säteilyä kuvaa Stefan–Boltzmannin laki: q = ε σ A (T_s^4 - T_sur^4), jossa ε on emissivisyys ja σ on Stefan–Boltzmannin vakio. Yleensä käytännössä lämpö siirtyy näiden kolmen tavoin yhdistettynä, ja kokonaislämpövirta on näiden vaikutusten summa.

Käytännön suunnittelussa lämmönsiirtotapoja yhdistellään, ja niitä arvioidaan muun muassa pinta-alueen, lämpötilaerien ja materiaalien ominaisuuksien perusteella.