lämpövirta

Lämpövirta on energian siirtymää termisessä järjestelmässä ajan yksikköä kohti. SI-yksikkö on watt (W), ja lämpövirta Q̇ kuvaa energian siirtymää per aika. Lämpövirran suunta kulkee korkeammasta lämpötilasta matalampaan. Lämpötilojen ja materiaalin ominaisuuksien perusteella lämpövirta voidaan jakaa päämenetelmiin: johtuminen (conduction), konvektio ja säteily.

Johtuminen tapahtuu aineen sisällä tai aineiden välisellä rajalla, kun lämpötilaero aiheuttaa energian siirron. Fourierin lain mukaan lämpövirta tiheys q'' on q'' = -k dT/dx, missä k on aineen lämpöjohtavuus ja dT/dx lämpötilagradientti. Lämpövirta voidaan siten ilmaista kokonaisena Q̇ = -k A dT/dx.

Konvektio on nesteiden tai kaasujen paine- ja virtaustaustainen lämpösiirto ympäristön ja lämpötoimialueen välillä. Lämpövirta konvektion kautta on Q̇ = h A ΔT, missä h on lämmönsiirtokerroin ja ΔT lämpötilapoikkeama.

Säteily syntyy lämpöaallon muodossa ilman välityksellä. Säteilylämpövirta on Q̇ = ε σ A (T1^4 - T2^4), jossa ε on emissiviteetti ja σ on Stefan–Boltzmannin vakio.

Lämpövirran tehokkuuden analyysissä käytetään usein lämpövastusta R_th:n käsitettä, jolloin Q̇ = ΔT / R_th. Lämpövirta riippuu lämpötilagradientista, materiaalien ominaisuuksista sekä ympäristön olosuhteista; se voi olla pysyvässä tilassa tai muuttua aikavertailussa. Käytännön sovelluksissa lämpövirta hallitaan rakennus2008-energianhallinnassa, elektroniikkalaitteiden jäähdytyksessä sekä lämpöä siirtävien järjestelmien, kuten lämmönvaihtimien, suunnittelussa.