Värmetransponering

Värmetransponering är överföring av termisk energi mellan system eller delar av ett system som har olika temperaturer. Den sker huvudsakligen genom tre mekanismer: ledning, konvektion och strålning.

Ledning sker genom direkta temperaturskillnader i fasta ämnen eller mellan sammanförda material, där energi överförs via molekylära vibrationer och fria elektroner. I praktiken beskrivs värmeledning ofta med Fourier lag: Q̇ = -k A ΔT/Δx, där k är materialets värmeledningsförmåga, A arean och ΔT/Δx är temperaturgradienten.

Konvektion uppstår när en fluid förflyttas och transporterar energi. Den karakteriseras av värmeöverföringskoefficienten h och arean A: Q̇ = h A ΔT. Konvektion kan vara naturlig eller tvångskonvektion beroende på hur rörelsen i fluiden uppstår.

Strålning förmedlas av elektromagnetiska vågor och kräver inget medium. Energin beror på temperaturen och ytors emissivitet: Q̇ = ε σ A (T^4_s - T^4∞), där σ är Stefan-Boltzmanns konstant och ε är emissiviteten hos ytan.

Värmetransponering påverkas av materialegenskaper såsom värmeledningsförmågan k, geometri och kontaktyta, samt ytors emissivitet och fluidens beteende i konvektion. Två vanliga dimensionless-tal som används vid analys är Biot-talet Bi = h L_c / k och Nusselt-talet Nu = h L_c / k, där L_c är karakteristisk längd.

Användningar finns inom byggnader (isolering och fasader), elektronikkyla, industriell värmeväxling, processindustrin och fordons- samt energisystem. Värmetransponering är grundläggande inom termodynamik och energioptimering.