Värmeflöden

Värmeflöden avser överföringen av termisk energi mellan delar av ett system eller mellan system och omgivningen till följd av temperaturskillnader. Det kan beskrivas som total överförd effekt, Q i watt, eller som värmeflödesdensitet, q'' i W/m^2 över en yta.

Konduktion sker i fasta material utan massa rörelse. Enligt Fouriers lag är q'' = -k ∂T/∂x, där k är värmeledningsförmåga. För ett plan väggstycke med area A, tjocklek L och konstant ΔT blir den totala värmeflödet Q = k A ΔT / L.

Konvektion är överföring mellan en yta och en vätska eller gas genom strömning. q'' = h (T_s - T∞), där h är värmeövergångskoefficienten. Flödet kan ske naturligt eller tvingat (t.ex. med fläkt) och påverkas av fluidens egenskaper och flödesförhållanden.

Strålning sker mellan ytor utan medier och följer Stefan–Boltzmann-lagen: q'' = ε σ (T_s^4 - T_sur^4), där ε är emissivitet och σ ≈ 5,67×10^-8 W/m^2K^4. Strålning kan vara betydelsefull även vid låga konduktiva- eller konvektiva flöden, särskilt mellan varma ytor och vakuum eller glas.

Kombinerad överföring: I praktiken förekommer ofta flera mekanismer samtidigt. Man använder då termiska resistansmodeller: Q = ΔT / R_th, där R_th är summan av konduktiva, konvektiva och radiativa motstånd. För flerskiktsväggar byggs R_th,tot av L_i/(k_i A) och 1/(h_i A) samt radiativa bidrag.

Användning och mätning: Kunskap om värmeflöden används inom byggnadsdesign, elektronikkyla och energiteknik. Mätning sker med värmeflödessensorer som ger q'' eller Q, samt med temperaturbaserade metoder och termografisk avbildning i praktiken.