lämmönsiirtomalleilla

Lämpönsiirtomalleilla tarkoitetaan matemaattisia malleja, joita käytetään kuvaamaan ja ennustamaan lämmön siirtymistä eri aineiden ja järjestelmien välillä. Nämä mallit perustuvat termodynamiikan peruslakeihin ja ottavat huomioon erilaiset lämmönsiirtomekanismit: johtumisen, kuljetuksen ja säteilyn.

Johtuminen kuvaa lämmön siirtymistä suoraan aineen sisällä tai kosketuksessa olevien kappaleiden välillä ilman aineen makroskooppista liikettä. Johtumismallit hyödyntävät usein Fourier'n lakia, joka liittää lämpövuon materiaalin lämmönjohtavuuteen, pinta-alaan ja lämpötilaeroon.

Kuljetus, eli konvektio, tapahtuu, kun lämpö siirtyy nesteen tai kaasun virtauksen mukana. Kuljetusmallit voivat olla joko luonnollisia, joissa lämpötilaerot aiheuttavat tiheyseroja ja siten virtauksia, tai pakotettuja, joissa ulkoinen voima, kuten pumppu tai puhallin, saa aikaan virtauksen. Newtonin jäähtymislaki on esimerkki yksinkertaistetusta kuljetusmallista.

Säteily on lämmönsiirtoa sähkömagneettisen säteilyn avulla, joka ei vaadi väliainetta. Aurinko lämmittää maapalloa säteilyn avulla. Säteilyn mallinnuksessa käytetään usein Stefan-Boltzmannin lakia ja Wienin siirtymälakia, jotka kuvaavat kappaleen säteilemän energian määrää ja spektrin huippua lämpötilan funktiona.

Lämpönsiirtomalleja sovelletaan laajasti eri aloilla, kuten rakennustekniikassa energiatehokkuuden parantamiseksi, koneenrakennuksessa lämmönvaihtimien suunnittelussa, ilmastoinnissa ja jäähdytyksessä sekä monissa muissa teollisissa prosesseissa. Monimutkaisissa järjestelmissä käytetään usein numeerisia menetelmiä, kuten elementtimenetelmää, mallien ratkaisemiseksi.