การถ่ายเทความร้อนสามวิธี

ก่อนอื่นเราควรทราบว่าการถ่ายเทความร้อนเกิดจากความแตกต่างของอุณหภูมิภายในหรือระหว่างวัตถุ หากไม่มีการป้อนพลังงานภายนอกตามกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์ความร้อนจะถูกถ่ายเทโดยอัตโนมัติจากสถานที่ที่มีอุณหภูมิสูงไปยังที่ที่มีอุณหภูมิต่ำกว่าเสมอ

วิธีการถ่ายเทความร้อนพื้นฐานมีสามวิธี ได้แก่ การนำความร้อนการพาความร้อนและการแผ่รังสีความร้อน วิธีการถ่ายเทความร้อนสามวิธีดังต่อไปนี้

(1) การนำความร้อน

เมื่อไม่มีการกระจัดสัมพัทธ์ระหว่างส่วนต่างๆของวัตถุการถ่ายเทพลังงานความร้อนที่เกิดจากการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนของโมเลกุลอะตอมและอิเล็กตรอนอิสระและอนุภาคขนาดเล็กอื่น ๆ จะกลายเป็นการนำความร้อน

สูตรการคำนวณพื้นฐานของการนำความร้อนคือกฎของฟูริเยร์&# 39: ความร้อนที่ถ่ายโอนโดยการนำความร้อนในหน่วยเวลาเป็นสัดส่วนกับพื้นที่หน้าตัดที่ตั้งฉากกับการไหลของความร้อนและเป็นสัดส่วนกับการไล่ระดับอุณหภูมิ เครื่องหมายลบแสดงว่าทิศทางของการนำความร้อนตรงข้ามกับทิศทางของการไล่ระดับอุณหภูมิ

การนำความร้อนเป็นคุณสมบัติทางกายภาพโดยธรรมชาติของวัสดุซึ่งแสดงถึงการนำความร้อนของวัสดุ การนำความร้อนที่มากขึ้นการนำความร้อนของวัสดุก็จะยิ่งดีขึ้น

(2) การพาความร้อน

การพาความร้อนหมายถึงการกระจัดสัมพัทธ์ระหว่างส่วนต่างๆของของเหลวที่เกิดจากการเคลื่อนที่ของของเหลวในระดับมหภาคและกระบวนการถ่ายเทความร้อนที่เกิดจากการผสมระหว่างของเหลวเย็นและร้อน การพาความร้อนเกิดขึ้นในของไหลเท่านั้น เนื่องจากโมเลกุลในของเหลวจะทำการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนที่ผิดปกติในเวลาเดียวกันการพาความร้อนจึงมาพร้อมกับการนำความร้อนเสมอ

ในสถานการณ์ทั่วไปในงานวิศวกรรมของไหลจะไหลผ่านวัตถุและสร้างกระบวนการถ่ายเทความร้อนระหว่างพื้นผิวของมัน ปรากฏการณ์นี้เรียกว่ากระบวนการถ่ายเทความร้อนแบบหมุนเวียน

การถ่ายเทความร้อนแบบพาความร้อนแบ่งออกเป็นสองประเภทคือการพาความร้อนตามธรรมชาติและการพาความร้อนแบบบังคับ

การพาความร้อนตามธรรมชาติเกิดจากความหนาแน่นที่แตกต่างกันของส่วนที่เย็นและร้อนของของเหลว ตัวอย่างเช่นอากาศที่อยู่ใกล้หม้อน้ำจะร้อนและไหลขึ้นด้านบน

การพาความร้อนแบบบังคับเกิดจากการไหลของของเหลวเนื่องจากความแตกต่างของความดัน ตัวอย่างเช่นน้ำหล่อเย็นขับเคลื่อนโดยปั๊มน้ำให้ไหลแทนที่จะมีความแตกต่างของความหนาแน่น

สูตรการคำนวณพื้นฐานสำหรับการพาความร้อนคือสูตรการทำความเย็นแบบนิวตัน

ค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนแบบหมุนเวียนเกี่ยวข้องกับหลายปัจจัยในกระบวนการถ่ายเทความร้อน ตัวอย่างเช่นคุณสมบัติทางกายภาพของวัตถุตำแหน่งสัมพัทธ์ของรูปร่างและขนาดของพื้นผิวแลกเปลี่ยนความร้อนและอัตราการไหลของของเหลว ในการวิเคราะห์การพาความร้อนโดยปกติจะต้องใช้การวิเคราะห์ทางทฤษฎีหรือวิธีการทดลองเพื่อคำนวณค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนแบบหมุนเวียนบนพื้นผิวของวัตถุ

(3) การแผ่รังสีความร้อน

วิธีที่วัตถุถ่ายเทพลังงานผ่านคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ากลายเป็นรังสี วัตถุปล่อยรังสีด้วยเหตุผลหลายประการซึ่งปรากฏการณ์ของพลังงานรังสีที่ปล่อยออกมาด้วยความร้อนเรียกว่าการแผ่รังสีความร้อน

ความแตกต่างระหว่างการแผ่รังสีและวิธีการถ่ายเทความร้อนสองวิธีแรกคือสองวิธีแรกต้องการการมีอยู่ของสสารและรังสีสามารถถ่ายเทพลังงานในสุญญากาศและแม้แต่การถ่ายเทที่มีประสิทธิภาพสูงสุดในสุญญากาศ

วิศวกรรมมักจะพิจารณาการแผ่รังสีระหว่างวัตถุสองชิ้นขึ้นไปและแต่ละวัตถุในระบบจะแผ่รังสีและดูดซับความร้อนในเวลาเดียวกัน การถ่ายเทความร้อนสุทธิระหว่างพวกเขาคำนวณโดยใช้สมการ Stephen Boltzmann