Prije svega, trebali bismo znati da je prijenos topline uzrokovan temperaturnom razlikom unutar ili između predmeta. Ako nema vanjske ulazne snage, prema drugom zakonu termodinamike, toplina se uvijek automatski prenosi s mjesta s visokom temperaturom na mjesto s nižom temperaturom.
Tri su osnovna načina prijenosa topline: provođenje topline, konvekcija topline i zračenje topline. Tri metode prijenosa topline predstavljene su u nastavku.
(1) Provođenje toplote
Kada nema relativnog pomicanja između različitih dijelova predmeta, prijenos toplinske energije generiran toplinskim kretanjem molekula, atoma i slobodnih elektrona i drugih mikroskopskih čestica postaje provođenje topline.
Osnovna proračunska formula vodljivosti topline je Fourierov zakon&# 39: toplina prenesena provodnošću topline u jedinici vremena proporcionalna je površini poprečnog presjeka okomito na protok toplote i proporcionalna gradijentu temperature. Negativni znak ukazuje na to da je smjer provođenja topline suprotan smjeru temperaturnog gradijenta.
Toplinska provodljivost je svojstveno fizičko svojstvo materijala, koje predstavlja toplotnu provodljivost materijala. Što je veća toplotna provodljivost, to je toplotna provodljivost materijala bolja.
(2) Termička konvekcija
Termička konvekcija odnosi se na relativno pomicanje između različitih dijelova fluida uzrokovano makroskopskim kretanjem fluida i proces prijenosa topline uzrokovan miješanjem hladne i vruće tekućine. Termička konvekcija se javlja samo u tečnosti. Budući da će molekuli u fluidu istovremeno vršiti i nepravilna toplotna kretanja, toplotnu konvekciju uvijek prati provodljivost toplote.
U uobičajenoj situaciji u inženjerstvu, fluid teče kroz objekat i generira proces prenosa toplote između njegove površine. Ova pojava naziva se proces konvektivnog prenosa toplote.
Konvekcijski prijenos toplote podijeljen je u dvije vrste: prirodna i prisilna.
Prirodna konvekcija uzrokovana je različitom gustinom hladnih i vrućih dijelova tečnosti. Na primjer, zrak u blizini radijatora se zagrijava i struji prema gore.
Prisilna konvekcija je posljedica protoka fluida zbog razlike u tlaku. Na primjer, vode za hlađenje pokreće pumpa za vodu kako bi tekla umjesto da ima razliku u gustini.
Osnovna formula izračuna za konvekciju topline je Newtonova formula hlađenja.
Koeficijent konvektivnog prenosa toplote povezan je sa mnogim faktorima u procesu prenosa toplote. Na primjer, fizička svojstva predmeta, relativni položaj oblika i veličine površine izmjene topline i brzina protoka fluida. U konvekcijskoj analizi obično je potrebno koristiti teorijsku analizu ili eksperimentalne metode za izračunavanje koeficijenta konvektivnog prenosa toplote na površini objekta.
(3) Termičko zračenje
Način na koji objekti prenose energiju kroz elektromagnetne valove postaje zračenje. Predmeti emituju zračenje iz različitih razloga, među kojima se pojava zračenja energije koju emituje toplota naziva toplotnim zračenjem.
Razlika između zračenja i prve dvije metode prijenosa topline je u tome što prve dvije zahtijevaju prisustvo materije, a zračenje može prenositi energiju u vakuumu, pa čak i najefikasniji prijenos u vakuumu.
Inženjerstvo obično uzima u obzir zračenje između dva ili više objekata, a svaki objekt u sistemu istodobno zrači i apsorbira toplotu. Neto prenos toplote između njih izračunava se pomoću jednačine Stephena Boltzmanna.