Soojusevahetust

Soojusevahetus (soojusvahetus) on protsess, mille käigus soojust liigub kahe või enama süsteemi vahel temperatuurierinevuse tõttu. See nähtus on oluline nii looduses kui ka tehnoloogias ning see hõlmab mitmesuguseid olukordi, alates kodusest kütmisest kuni tööstuslike energiavoo optimeerimiseni.

Soojusvahetus toimub kolmel peamisel mehhanismil: juhtivus, konvektsioon ja kiirgus. Juhtivus on soojustükkide jaotus materjalis või kahe keha vahel toimuv soojusvoog, mis juhitakse läbi aine, mille soojusjuhtivus on kõrge. Konvektsioon kaasab vedeliku või gaasi liikumise ning sellega kaasneva soojust transport. Kiirgus on soojusvahetus elektromagnetlike kiirte vormis, mis ei vaja otsest füüsilist kontakti.

Soojusvahetus hinnatakse sageli kogusena Q_dot, mis sõltub pindalast A, soojusvahetuskoefitsientidest ja temperatuurierinevusest. Juhtivuse korral võib soojusvoog olla Q_dot = k A (ΔT/Δx); konvektsiooni korral Q_dot = h A ΔT; kiirguse korral Q_dot = ε σ A (T^4_s − T^4_r). Kui mitu mehhanismi toimivad koos, kasutatakse üldist mudelit Q_dot = U A ΔT_lm, kus U on üldine soojusvahetuskoefitsient ja ΔT_lm on logaritmiline keskmine temperatuurierinevus.

Soojusevahetajaid kasutatakse paljudes rakendustes, näiteks energiajaotuses, tööstuslikes kuumuskontseptsioonides ja vehicle cooling-süsteemides. Levinumad lahendused hõlmavad plaatsoojusvahetajaid ja toru-aeliseid soojusvahetajaid, mis on optimeeritud erinevate vooluringide ja keskkonnatingimuste jaoks. Töö efektiivsuse suurendamiseks pööratakse tähelepanu materjalidele, muhastusele ja muda- ning korrosiooni vältimisele, samuti voolutakistustele ja hooldusele.