Värmekretsar

Värmekretsar är nätverk som används för att modellera överföring av värme inom ett system. De bygger på en lumpad parameter-modell där systemet delas upp i noder med definierade temperaturer, som kopplas samman av termiska motstånd och, i många fall, termisk kapacitans. Kretsarna används för att analysera både stationära (steady-state) och tidsberoende (transient) värmebeteenden.

I en enkel analogi motsvarar spänning temperatur, och ström motsvarar värmeflöde. Termisk resistans fungerar som ett elektriskt motstånd och termisk kapacitans som en kondensator. Vid varje nod följer energikvationen att den lagrade värmen förändras enligt C dT/dt = P_in - Summa flöden via motstånd. Såväl konduktion som konvektion och strålning kan representeras som termiska motstånd i nätverket.

Element i värmekretsar inkluderar värmekällor eller värmeenheter, olika typer av termiska motstånd mellan komponenter och omgivning samt termisk kapacitans som lagrar värme i material. Näten kan innehålla många noder, exempelvis flera rum i en byggnad eller olika komponenter i en elektronikmodul.

Analysmetoderna omfattar steady-state-lösningar via algebraiska samband och transient analys genom differentialekvationer, ofta med nodalanalys eller andra kretsverktyg. Resultaten används för att bedöma temperaturstigning, energiförbrukning och dimensionering av kylning eller uppvärmning.

Användningar finns inom byggnadsdesign och energieffektivisering, elektronikkylningsdesign, fordonsvärmesystem och processindustri. Begränsningar inkluderar att modellen är förenklad och antar lumpade temperaturer och linjära relationer; verkliga system kan kräva mer detaljerade och icke-linjära modeller.

---