Allereerst moeten we weten dat de overdracht van warmte wordt veroorzaakt door het temperatuurverschil binnen of tussen objecten. Als er geen externe stroomtoevoer is, wordt warmte volgens de tweede wet van de thermodynamica altijd automatisch overgebracht van een plaats met een hoge temperatuur naar een plaats met een lagere temperatuur.
Er zijn drie fundamentele manieren van warmteoverdracht: warmtegeleiding, warmteconvectie en warmtestraling. De drie warmteoverdrachtsmethoden worden hieronder geïntroduceerd.
(1) Warmtegeleiding
Wanneer er geen relatieve verplaatsing is tussen de verschillende delen van het object, wordt de thermische energieoverdracht die wordt gegenereerd door de thermische beweging van moleculen, atomen en vrije elektronen en andere microscopischkleine deeltjes warmtegeleiding.
De basisberekeningsformule van warmtegeleiding is de wet van Fourier: de warmte die wordt overgedragen door warmtegeleiding in een eenheidstijd is evenredig met het doorsnedegebied loodrecht op de warmtestroom en evenredig met de temperatuurgradiënt. Het negatieve teken geeft aan dat de richting van warmtegeleiding tegenovergesteld is aan de richting van de temperatuurgradiënt.
Thermische geleidbaarheid is een inherente fysieke eigenschap van een materiaal, dat de thermische geleidbaarheid van het materiaal vertegenwoordigt. Hoe groter de thermische geleidbaarheid, hoe beter de thermische geleidbaarheid van het materiaal.
(2) Thermische convectie
Thermische convectie verwijst naar de relatieve verplaatsing tussen verschillende delen van de vloeistof veroorzaakt door de macroscopische beweging van de vloeistof, en de warmteoverdracht proces veroorzaakt door het mengen van koude en warme vloeistoffen. Thermische convectie treedt alleen op in de vloeistof. Omdat de moleculen in de vloeistof tegelijkertijd ook onregelmatige thermische bewegingen uitvoeren, gaat thermische convectie altijd gepaard met warmtegeleiding.
In een veel voorkomende situatie in de techniek, een vloeistof stroomt door een object en genereert warmteoverdracht proces tussen het oppervlak. Dit fenomeen wordt convectieve warmteoverdracht genoemd.
Convectie warmteoverdracht is verdeeld in twee soorten: natuurlijke convectie en gedwongen convectie.
Natuurlijke convectie wordt veroorzaakt door de verschillende dichtheid van de koude en hete delen van de vloeistof. Zo wordt de lucht in de buurt van de radiator verwarmd en stroomt naar boven.
Gedwongen convectie is te wijten aan de stroom van vloeistof als gevolg van drukverschil. Het koelwater wordt bijvoorbeeld aangedreven door een waterpomp om te stromen in plaats van een dichtheidsverschil.
De basisberekeningsformule voor warmteconvectie is de Newtoniaanse koelformule.
De convectieve warmteoverdrachtscoëfficiënt is gerelateerd aan vele factoren in het warmteoverdrachtsproces. Bijvoorbeeld de fysieke eigenschappen van het object, de relatieve positie van de vorm en grootte van het warmte-uitwisselingsoppervlak en de stroomsnelheid van de vloeistof. Bij convectieanalyse is het meestal noodzakelijk om theoretische analyse of experimentele methoden te gebruiken om de convectieve warmteoverdrachtscoëfficiënt op het oppervlak van het object te berekenen.
(3) Thermische straling
De manier waarop objecten energie overbrengen door elektromagnetische golven wordt straling. Objecten zenden straling uit om verschillende redenen, waaronder het fenomeen van stralingsenergie die door warmte wordt uitgestoten thermische straling wordt genoemd.
Het verschil tussen straling en de eerste twee warmteoverdracht methoden is dat de eerste twee vereisen de aanwezigheid van materie, en straling kan energie overbrengen in vacuüm, en zelfs de meest efficiënte overdracht in vacuüm.
Engineering houdt meestal rekening met de straling tussen twee of meer objecten, en elk object in het systeem straalt en absorbeert warmte op hetzelfde moment. De netto warmteoverdracht tussen hen wordt berekend met behulp van de Stephen Boltzmann-vergelijking.