Temperaturoverføringer

Temperaturoverføringer er prosessen der termisk energi flyttes mellom kropp eller systemer med ulike temperaturer. De tre hovedmekanismene er varmeledning (konduksjon), varmekonveksjon (konveksjon) og varmeutstråling (stråling). I praksis forekommer ofte kombinasjon av disse mekanismene.

Varmeledning beskrives i faste stoffer og væsker som en energioverføring gjennom molekylære interaksjoner og elektroniske bevegelser. Fouriers lov uttrykker varmefarten q = -k ∇T, hvor q er varmestrøm per arealenhet, k er den termiske ledningsevnen og ∇T er temperaturgradienten. Enheten er W/(m·K).

Varmekonveksjon oppstår i væsker og gasser via strømninger; i praksis beskrives dette ofte med q = h A ΔT (eller per areal q'' = h ΔT), der h er konvektiv varmeoverføringskoeffisienten. Dette inkluderer både naturlig konveksjon og tvunget konveksjon, og avhenger av fluidets egenskaper og grenseflaten.

Termisk stråling skjer mellom kroppers overflater og krever ikke et medium. Stefan-Boltzmanns lov gir effekten P = ε σ A (T^4 - T_env^4), der ε er overflatens emissivitet, σ er Stefan-Boltzmann-konstanten, og T og T_env er overflatetemperaturene.

Praktisk problemløsing innebærer ofte kombinasjoner av de tre mekanismene. Ved hjelp av analysemetoder som energibalanser, finitte differanse- eller elementmetoder, og dimensionless tall som Biot-tal og Nusselt-tal, kan man vurdere temperaturfelt og effektive varmekoeffisienter.

Anvendelser inkluderer bygningsdeler og isolasjon, elektronikk- og motoravkøling, varmevekslere i industri og prosessanlegg, samt varmebehandling av materialer.