värmeflöd

Värmeflöd är mängden värmeenergi som överförs per tidsenhet mellan två regioner med olika temperatur. Det mäts i watt (W) och kallas ofta värmeflöde. Värmeflöd uppstår huvudsakligen genom ledning, konvektion och strålning, och beror på temperaturgradienten, materialegenskaper och omgivningens förhållanden.

Ledning (ledningsvärme) sker i fasta ämnen och vätskor utan mediets rörelse. Enligt Fourier är det värmeflödet Q̇ = -k A dT/dx, där k är den termiska ledningsförmågan (W/mK). För ett plan skikt med konstant k och tvärsnittsarea A och temperaturskillnad ΔT över längden L blir Q̇ ungefär lika med k A ΔT / L.

Konvektion uppstår när värme överförs mellan en yta och en fluid som rör sig. Här är värmeflödet Q̇ = h A ΔT, där h är den konvektiva värmeöverföringskoefficienten. Konvektion kan vara naturlig eller tvångsstyrd (tvingad).

Strålning från ytor till omgivningen följer Stefan–Boltzmann-lagen: Q̇ = ε σ A (T^4 − T_env^4), där ε är emissiviteten hos ytan, σ är Stefan–Boltzmanns konstant (5,67×10−8 W/m^2K^4). Strålning kan vara särskilt viktig vid höga temperaturer eller mellan ytor med fri sikt.

I praktiken kan värmeflöde begränsas av olika lager eller gränssnitt, och modeller används ofta i termer av termiskt motstånd: Q̇ = ΔT / R, där R är summan av motstånden för varje lager. Värmeflöd är centralt inom byggnadsdesign, elektronikkyla och energihantering. Mätning och beräkning av värmeflöd kombinerar sensorer, termografi och relevanta värmeöverföringsmodeller.