lämpönsiirtomallit

Lämpönsiirtomallit ovat matemaattisia esityksiä, jotka kuvaavat, miten lämpöä siirtyy järjestelmässä tai sen rajapintojen välillä. Näitä malleja käytetään monilla tieteen ja tekniikan aloilla, kuten rakennustekniikassa, ilmastoinnissa, prosessitekniikassa ja sähkötekniikassa. Lämpö voi siirtyä kolmella päämekanismilla: johtumalla, konvektiolla ja säteilyllä.

Johtuminen on lämmön siirtymistä suoraan aineen hiukkasten välisessä kontaktissa, esimerkiksi metallitangon läpi lämmitettäessä toista päätä. Lämpötilaero aineessa aiheuttaa energian siirtymisen korkeamman lämpötilan alueilta matalamman lämpötilan alueille. Johtumista kuvaavat usein Fourier'n laki, joka liittää lämpövuon lämpötilagradienttiin.

Konvektio puolestaan on lämmön siirtymistä nesteen tai kaasun liikkeen mukana. Tämä voi olla luonnollista, jolloin lämpötilaerot aiheuttavat tiheyseroja ja siten virtauksia (esim. lämpimän veden nousu), tai pakotettua, jolloin ulkoinen voima, kuten pumppu tai puhallin, saa nesteen tai kaasun liikkumaan. Konvektiivista lämmönsiirtoa kuvataan usein Newtonin jäähtymislailla.

Säteily on lämmön siirtymistä sähkömagneettisina aaltoina ilman väliainetta, kuten auringon säteily maahan. Kaikki kappaleet, joiden lämpötila on absoluuttista nollapistettä korkeampi, säteilevät energiaa. Stefan-Boltzmannin laki kuvaa säteilevän energian määrää riippuen kappaleen lämpötilasta ja emissiivisyydestä. Lämpönsiirtomalleissa näitä mekanismeja voidaan yhdistellä ja mallintaa monimutkaisiakin ilmiöitä, kuten lämpötilan jakautumista kappaleessa ajan funktiona tai kahden eri väliaineen välillä tapahtuvaa lämmönvaihtoa.