Zunächst sollten wir wissen, dass die Wärmeübertragung durch den Temperaturunterschied innerhalb oder zwischen Objekten verursacht wird. Wenn nach dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik keine externe Leistungsaufnahme erfolgt, wird die Wärme immer automatisch von einem Ort mit hoher Temperatur an einen Ort mit niedrigerer Temperatur übertragen.
Es gibt drei grundlegende Arten der Wärmeübertragung: Wärmeleitung, Wärmekonvektion und Wärmestrahlung. Die drei Wärmeübertragungsmethoden werden nachstehend vorgestellt.
(1) Wärmeleitung
Wenn es keine relative Verschiebung zwischen den verschiedenen Teilen des Objekts gibt, wird der Wärmeenergietransfer, der durch die Wärmebewegung von Molekülen, Atomen und freien Elektronen und anderen mikroskopischen Partikeln erzeugt wird, zur Wärmeleitung.
Die grundlegende Berechnungsformel für die Wärmeleitung ist das Fourier-GG-Gesetz: Die durch Wärmeleitung in einer Zeiteinheit übertragene Wärme ist proportional zur Querschnittsfläche senkrecht zum Wärmestrom und proportional zum Temperaturgradienten. Das negative Vorzeichen zeigt an, dass die Richtung der Wärmeleitung der Richtung des Temperaturgradienten entgegengesetzt ist.
Die Wärmeleitfähigkeit ist eine inhärente physikalische Eigenschaft eines Materials, die die Wärmeleitfähigkeit des Materials darstellt. Je größer die Wärmeleitfähigkeit ist, desto besser ist die Wärmeleitfähigkeit des Materials.
(2) Wärmekonvektion
Die thermische Konvektion bezieht sich auf die relative Verschiebung zwischen verschiedenen Teilen des Fluids, die durch die makroskopische Bewegung des Fluids verursacht wird, und auf den Wärmeübertragungsprozess, der durch das Mischen von kalten und heißen Fluiden verursacht wird. Wärmekonvektion tritt nur in der Flüssigkeit auf. Da die Moleküle in der Flüssigkeit gleichzeitig auch eine unregelmäßige Wärmebewegung ausführen, wird die Wärmeleitung immer von einer Wärmeleitung begleitet.
In einer in der Technik üblichen Situation fließt ein Fluid durch ein Objekt und erzeugt einen Wärmeübertragungsprozess zwischen seiner Oberfläche. Dieses Phänomen wird als konvektiver Wärmeübertragungsprozess bezeichnet.
Die Konvektionswärmeübertragung wird in zwei Arten unterteilt: natürliche Konvektion und erzwungene Konvektion.
Die natürliche Konvektion wird durch die unterschiedliche Dichte der kalten und heißen Teile der Flüssigkeit verursacht. Beispielsweise wird die Luft in der Nähe des Kühlers erwärmt und strömt nach oben.
Die erzwungene Konvektion ist auf den Flüssigkeitsfluss aufgrund der Druckdifferenz zurückzuführen. Zum Beispiel wird das Kühlwasser von einer Wasserpumpe angetrieben, um zu fließen, anstatt einen Dichteunterschied zu haben.
Die grundlegende Berechnungsformel für die Wärmekonvektion ist die Newtonsche Kühlformel.
Der konvektive Wärmeübergangskoeffizient hängt mit vielen Faktoren im Wärmeübertragungsprozess zusammen. Zum Beispiel die physikalischen Eigenschaften des Objekts, die relative Position der Form und Größe der Wärmeaustauschfläche und die Strömungsgeschwindigkeit des Fluids. Bei der Konvektionsanalyse ist es normalerweise erforderlich, theoretische Analysen oder experimentelle Methoden zu verwenden, um den konvektiven Wärmeübertragungskoeffizienten auf der Oberfläche des Objekts zu berechnen.
(3) Wärmestrahlung
Die Art und Weise, wie Objekte Energie durch elektromagnetische Wellen übertragen, wird zu Strahlung. Objekte emittieren Strahlung aus verschiedenen Gründen, unter denen das Phänomen der von Wärme emittierten Strahlungsenergie als Wärmestrahlung bezeichnet wird.
Der Unterschied zwischen Strahlung und den ersten beiden Wärmeübertragungsmethoden besteht darin, dass die ersten beiden die Anwesenheit von Materie erfordern und Strahlung Energie im Vakuum und sogar die effizienteste Übertragung im Vakuum übertragen kann.
Die Technik berücksichtigt normalerweise die Strahlung zwischen zwei oder mehr Objekten, und jedes Objekt im System strahlt und absorbiert gleichzeitig Wärme. Der Nettowärmeübergang zwischen ihnen wird unter Verwendung der Stephen Boltzmann-Gleichung berechnet.