lämmönsiirtomalleissa

Lämmönsiirtomallit ovat matemaattisia ja empiirisiä yhteenvetoja, joita käytetään lämmönsiirtoprosessien ymmärtämisessä ja ennustamisessa erilaisissa rakenteissa ja järjestelmissä. Ne tarjoavat keinon laskea lämpötilakentät, lämpövirrat ja lämmönjakautuminen annetuilla materiaaleilla ja käyttöolosuhteilla. Mallien päätavoitteena on soveltaa fysikaalisia periaatteita käytännön suunnitteluun ja optimointiin sekä tukea päätöksentekoa kenttäolosuhteissa.

Keskeisiä fysikaalisia mekanismeja ovat johtuminen (Fourierin laki), konvektio (lämpö siirtyy nesteen tai kaasun mukana; käytetään konvektio-kerrointa h) ja säteily (Stefan–Boltzmannin laki). Usein mallit yhdistävät nämä mekanismit, ja ne voivat olla sekä staattisia että transienteja sekä yhden- että monidimensionaalisia.

Lämmönsiirtomallit jaetaan tyypillisesti analyyttisiin, empiirisiin ja numeerisiin malleihin sekä lumped-parameter-malleihin että järjestelmän discretisointeihin. Yleisiä lähestymistapoja ovat yhdenulotteiset seinämämallit, kokonais-FE- tai FDM-mallit sekä CFD-pohjaiset ratkaisut monimutkaisissa geometioissa. Mallien valinta riippuu halutusta tarkkuudesta, käytettävissä olevasta tiedosta ja laskentakustannuksista.

Sovelluskohteita ovat rakennusten lämmöneristys ja ilmanvaihto, elektroniikkalaitteiden jäähdytys, lämmönvaihtimien suunnittelu, energian varastointi ja teolliset prosessit. Mallien avulla voidaan arvioida erilaisten materiaalien suorituskykyä, rajapintojen vaikutuksia sekä toimialakohtaisia turvallisuutta ja kustannuksia. Lisäksi mallit tukevat kokeellista validointia ja parametrien estimointia.

Rajoitteita ovat materiaalien ominaisuuksien epävarmuus, geometrioiden yksinkertaistukset sekä laskentakustannukset. Mallien luotettavuus riippuu oikeanlaisten rajapintojen ja ulkoisten voimien määrittämisestä sekä oikeiden mittaustietojen saatavuudesta.