lämmönsiirto

Lämmönsiirto on energian siirtymistä kahden alueen välillä lämpötilaeron perusteella. Siirto tapahtuu kolmella päämenetelmällä: johtuminen, konvektio ja säteily. Näiden mekanismien esiintyminen ja voimakkuus riippuvat aineiden ominaisuuksista sekä rajapinnoista.

Johtuminen eli konduktio tapahtuu kiinteissä ja joissain tapauksissa nesteissä sekä kaasuissa, kun atomien tai elektronien vuorovaikutukset siirtävät energiaa paikoissa. Lämpöjohtavuus k kuvaa materiaaliin liittyvää kykyä johtaa lämpöä. Käytännössä lämpötilagradientin aiheuttama lämpövirta voidaan kuvata Fourierin lain muodossa Q̇ = -k A dT/dx, missä A on poikkipinta-ala ja dT/dx lämpötilan vaihtuma etäisyydellä.

Konvektio on lämpöenergian siirtymistä nesteen tai kaasun liikkuvan massan mukana. Siinä lämpö siirtyy epäjatkuvien kerrosten välillä liikkeen aiheuttaman konvektion kautta. Newtonin lämpötilanergianlaki antaa lämpövirran Q̇ = h A (T_s - T∞), jossa h on konvektiokerroin ja T_s sekä T∞ ovat pintan lämpötila ja ympäristön lämpötila. Konvektio voi olla luonnollista tai pakotettua.

Säteily on lämpöä, joka siirtyy elektromagneettisena säteilynä, eikä välttämättä tarvitse aineen välitystä. Radianttivirrasta voidaan kirjoittaa Q̇ = ε σ A (T1^4 - T2^4), jossa ε on emissiviteetti, σ on Stefan–Boltzmannin vakio ja T1, T2 ovat lämpötilat. Säteily on tärkeä erityisesti korkeissa lämpötiloissa ja avaruudessa.

Sovellukset kattavat eristykset, lämmönvaihtimet ja elektronisten laitteiden jäähdytyksen suunnittelun. Lämmönsiirtöiden tehokas hallinta riippuu materiaalien lämmöneristyskyvystä, johtavuudesta ja rajapinnoista sekä käytettävissä olevasta ilmavirrasta ja lämpötilaeroista.