Wärmeübertragung ist eine Disziplin der Thermaltechnik, die die Generation betrifft, verwenden Sie Konvertierung und Austausch der Thermalenergie und Hitze zwischen physischen Systemen. Wärmeübertragung wird in verschiedene Mechanismen, wie Hitzeleitung, Konvektion, Thermalradiation und Übertragung der Energie durch Phase-Änderungen eingeteilt. Ingenieure denken auch die Übertragung der Masse der sich unterscheidenden chemischen Arten, entweder kalt oder heiß, um Wärmeübertragung zu erreichen. Während diese Mechanismen verschiedene Eigenschaften haben, kommen sie häufig gleichzeitig in demselben System vor.

Hitzeleitung, auch genannt Verbreitung, ist der direkte mikroskopische Austausch der kinetischen Energie von Partikeln durch die Grenze zwischen zwei Systemen. Wenn ein Gegenstand bei einer verschiedenen Temperatur von einem anderen Körper oder seinen Umgebungen, Hitzeflüsse ist, so dass der Körper und die Umgebungen dieselbe Temperatur erreichen, bei dem Punkt sie im Thermalgleichgewicht sind. Solche spontane Wärmeübertragung kommt immer von einem Gebiet der hohen Temperatur zu einem anderen Gebiet der niedrigeren Temperatur, wie erforderlich, durch das zweite Gesetz der Thermodynamik vor.

Hitzekonvektion kommt vor, wenn der Hauptteil-Fluss einer Flüssigkeit (Benzin oder Flüssigkeit) Hitze zusammen mit dem Fluss der Sache in der Flüssigkeit trägt. Der Fluss von Flüssigkeit kann durch Außenprozesse, oder manchmal (in Schwerefeldern) durch verursachte Ausgelassenheitskräfte gezwungen werden, wenn Thermalenergie die Flüssigkeit (zum Beispiel in einer Feuerwolke) ausbreitet, so seine eigene Übertragung beeinflussend. Der letzte Prozess wird häufig "natürliche Konvektion" genannt. Alle Convective-Prozesse bewegen auch Hitze teilweise durch die Verbreitung ebenso. Eine andere Form der Konvektion ist gezwungene Konvektion. In diesem Fall wird die Flüssigkeit gezwungen, durch den Gebrauch einer Pumpe, Fächers oder anderer mechanischer Mittel zu fließen.

Die Endhauptform der Wärmeübertragung ist durch die Radiation, die in jedem durchsichtigen Medium (fest oder Flüssigkeit) vorkommt, aber auch sogar über das Vakuum vorkommen kann (als, wenn die Sonne die Erde heizt). Radiation ist die Übertragung der Energie durch den Raum mittels elektromagnetischer Wellen auf die ziemlich gleiche Weise, weil elektromagnetische leichte Wellen Licht übertragen. Dieselben Gesetze, die die Übertragung des Lichtes regeln, regeln die leuchtende Übertragung der Hitze.

Übersicht

Hitze wird in der Physik als die Übertragung der Thermalenergie über eine bestimmte Grenze um ein thermodynamisches System definiert. Es ist eine Eigenschaft eines Prozesses und wird in der Sache nicht statisch enthalten. In Technikzusammenhängen, jedoch, hat der Begriff Wärmeübertragung einen spezifischen Gebrauch trotz seiner wörtlichen Überfülle der Charakterisierung der Übertragung erworben. In diesen Zusammenhängen wird Hitze als synonymisch zur Thermalenergie genommen. Dieser Gebrauch hat seinen Ursprung in der historischen Interpretation der Hitze als eine (kalorische) Flüssigkeit, der durch verschiedene Ursachen übertragen werden kann, und das auch auf der Sprache von Laien und täglichem Leben üblich ist.

Grundsätzliche Methoden der Wärmeübertragung in der Technik schließen Leitung, Konvektion und Radiation ein. Physische Gesetze beschreiben das Verhalten und die Eigenschaften von jeder dieser Methoden. Echte Systeme stellen häufig eine komplizierte Kombination von ihnen aus. Wärmeübertragungsmethoden werden in zahlreichen Disziplinen, wie Automobiltechnik, Thermalmanagement von elektronischen Geräten und Systemen, Klimakontrolle, Isolierung, Material-Verarbeitung und Kraftwerk-Technik verwendet.

Verschiedene mathematische Methoden sind entwickelt worden, um die Ergebnisse der Wärmeübertragung in Systemen zu lösen oder ihnen näher zu kommen. Wärmeübertragung ist eine Pfad-Funktion (oder Prozess-Menge) im Vergleich mit einer Zustandmenge; deshalb hat der Betrag der Hitze in einem thermodynamischen Prozess übergewechselt, der sich ändert, hängt der Staat eines Systems ab, wie dieser Prozess, nicht nur der Nettounterschied zwischen den anfänglichen und endgültigen Staaten des Prozesses vorkommt. Hitzefluss ist eine quantitative Vektordarstellung des Hitzeflusses eine Oberfläche.

Wärmeübertragung wird normalerweise als ein Teil eines allgemeinen chemischen Technik- oder Maschinenbau-Lehrplans studiert. Gewöhnlich ist Thermodynamik für Wärmeübertragungskurse, weil die Gesetze der Thermodynamik für den Mechanismus der Wärmeübertragung notwendig sind. Andere mit der Wärmeübertragung verbundene Kurse schließen Energiekonvertierung, thermofluids, und Massenübertragung ein.

Die Transportgleichungen für die Thermalenergie (das Gesetz von Fourier), mechanischer Schwung (Newtonsches Gesetz für Flüssigkeiten), und Massenübertragung (die Gesetze von Fick der Verbreitung) sind ähnlicher

und Analogien unter diesen drei Transportprozessen sind entwickelt worden, um Vorhersage der Konvertierung von irgend jemandem bis andere zu erleichtern.

Mechanismen

Die grundsätzlichen Weisen der Wärmeübertragung sind:

Leitung oder Verbreitung

: Die Übertragung der Energie zwischen Gegenständen, die im physischen Kontakt sind

Konvektion

: Die Übertragung der Energie zwischen einem Gegenstand und seiner Umgebung, wegen der flüssigen Bewegung

Radiation

: Die Übertragung der Energie zu oder von einem Körper mittels der Emission oder Absorption der elektromagnetischen Radiation

Advektion

: Die Übertragung der Energie von einer Position bis einen anderen als eine Nebenwirkung von physisch bewegenden ein Gegenstand, der diese Energie enthält

Leitung

Auf einer mikroskopischen Skala kommt Hitzeleitung als heiße, schnell bewegende oder vibrierende Atome vor, und Moleküle wirken mit benachbarten Atomen und Molekülen aufeinander, etwas von ihrer Energie (Hitze) zu diesen benachbarten Partikeln übertragend. Mit anderen Worten wird Hitze durch die Leitung übertragen, wenn angrenzende Atome gegen einander vibrieren, oder als sich Elektronen von einem Atom bis einen anderen bewegen. Leitung ist die bedeutendsten Mittel der Wärmeübertragung innerhalb eines Festkörpers oder zwischen festen Gegenständen im Thermokontakt. Flüssigkeiten — besonders Benzin — sind weniger leitend. Thermokontakt-Leitfähigkeit ist die Studie der Hitzeleitung zwischen festen Körpern im Kontakt.

Unveränderliche Zustandleitung (sieh das Gesetz von Fourier), ist eine Form der Leitung, die geschieht, wenn der Temperaturunterschied, die Leitung steuernd, unveränderlich ist, so dass nach einer Äquilibrierungszeit sich der Raumvertrieb von Temperaturen im Leiten-Gegenstand noch weiter nicht ändert. In der unveränderlichen Zustandleitung ist der Betrag der Hitze, die in eine Abteilung eingeht, dem Betrag der herauskommenden Hitze gleich.

Vergängliche Leitung (sieh Hitzegleichung), kommt vor, wenn sich die Temperatur innerhalb eines Gegenstands als eine Funktion der Zeit ändert. Die Analyse von vergänglichen Systemen ist komplizierter und verlangt häufig nach der Anwendung von Annäherungstheorien oder numerischer Analyse durch den Computer.

Konvektion

Wärmeübertragung von Convective oder Konvektion, ist die Übertragung der Hitze von einem Platz bis einen anderen durch die Bewegung von Flüssigkeiten, einen Prozess, der im Wesentlichen Übertragung der Hitze über die Massenübertragung ist. (In der Physik bedeutet der Begriff Flüssigkeit jede Substanz, die unter der Scherspannung deformiert; es schließt Flüssigkeiten, Benzin, plasmas, und einige Plastikfestkörper ein.) Die Hauptteil-Bewegung von Flüssigkeit erhöht Wärmeübertragung in vielen physischen Situationen, solcher als (zum Beispiel) zwischen einer festen Oberfläche und der Flüssigkeit.

Konvektion ist gewöhnlich die dominierende Form der Wärmeübertragung in Flüssigkeiten und Benzin. Obwohl manchmal besprochen, als eine dritte Methode der Wärmeübertragung wird Konvektion gewöhnlich verwendet, um die vereinigten Effekten der Hitzeleitung innerhalb der Flüssigkeit (Verbreitung) und Hitzeübertragung durch die Hauptteil-Flüssigkeitsströmungseinteilung zu beschreiben. Der Prozess des Transports durch die flüssige Einteilung ist als Advektion bekannt, aber reine Advektion ist ein Begriff, der allgemein nur mit dem Massentransport in Flüssigkeiten wie Advektion von Kieselsteinen in einem Fluss vereinigt wird. Im Fall von der Wärmeübertragung in Flüssigkeiten, wohin der Transport durch die Advektion in einer Flüssigkeit immer auch durch den Transport über die Hitzeverbreitung begleitet wird (auch bekannt als Hitzeleitung), wie man versteht, bezieht sich der Prozess der Hitzekonvektion auf die Summe des Hitzetransports durch die Advektion und Verbreitung/Leitung.

Freie oder natürliche, Konvektion kommt vor, wenn Hauptteil-Flüssigkeitsbewegung (Dämpfe und Ströme) durch Ausgelassenheitskräfte verursacht wird, die sich aus Dichte-Schwankungen wegen Schwankungen der Temperatur in der Flüssigkeit ergeben. Erzwungene Konvektion ist ein gebrauchter Begriff, wenn die Ströme und Ströme in der Flüssigkeit durch Außenmittel — wie Fächer, Rührstäbe und Pumpen — das Schaffen eines künstlich veranlassten Konvektionsstroms veranlasst werden.

Heizung von Convective oder das Abkühlen in einigen Verhältnissen können durch das Newtonsche Gesetz des Abkühlens beschrieben werden: "Die Rate des Hitzeverlustes eines Körpers ist zum Unterschied in Temperaturen zwischen dem Körper und seinen Umgebungen proportional." Jedoch, definitionsgemäß, verlangt die Gültigkeit des Newtonschen Gesetzes des Abkühlens, dass die Rate des Hitzeverlustes von der Konvektion eine geradlinige Funktion ("proportional zu") der Temperaturunterschied ist, der Wärmeübertragung steuert, und in convective, der das abkühlt, manchmal nicht der Fall ist. Im Allgemeinen ist Konvektion auf Temperaturanstiegen nicht linear abhängig, und ist in einigen Fällen stark nichtlinear. In diesen Fällen gilt Newtonsches Gesetz nicht.

Radiation

Thermalradiation ist Energie, die durch die Sache als elektromagnetische Wellen wegen der Lache der Thermalenergie ausgestrahlt ist, die die ganze Sache besitzt, der eine Temperatur über der absoluten Null hat. Thermalradiation pflanzt sich ohne die Anwesenheit der Sache durch das Vakuum des Raums fort.

Thermalradiation ist ein direktes Ergebnis der zufälligen Bewegungen von Atomen und Molekülen in der Sache. Da diese Atome und Moleküle aus beladenen Partikeln zusammengesetzt werden (Protone und Elektronen), läuft ihre Bewegung auf die Emission der elektromagnetischen Radiation hinaus, die Energie von der Oberfläche wegträgt.

Verschieden vom leitenden und den Convective-Formen der Wärmeübertragung kann Thermalradiation in einem kleinen Punkt durch das Verwenden von nachdenkenden Spiegeln konzentriert werden, der im Konzentrieren der Sonnenenergieerzeugung ausgenutzt wird. Zum Beispiel heizt das von Spiegeln widerspiegelte Sonnenlicht den PS10 Sonnenmacht-Turm, und während des Tages kann es Wasser dazu heizen.

Advektion

Durch das Übertragen der Sache wird Energie — einschließlich der Thermalenergie — durch die physische Übertragung eines heißen oder kalten Gegenstands von einem Platz bis einen anderen bewegt. Das kann so einfach sein wie das Stellen heißen Wassers in einer Flasche und Heizung eines Betts oder der Bewegung eines Eisbergs im Ändern von Ozeanströmen. Ein praktisches Beispiel ist Thermalhydraulik.

Das kann durch die Formel beschrieben werden

Konvektion gegen die Leitung

In einem Körper von Flüssigkeit, die unter seinem Behälter geheizt wird, wie man betrachten kann, bewerben sich Leitung und Konvektion um die Überlegenheit. Wenn Hitzeleitung das zu große, flüssige Heruntersteigen durch die Konvektion ist, wird durch die Leitung so schnell geheizt, dass seine Bewegung nach unten wegen seiner Ausgelassenheit angehalten wird, während Flüssigkeit, die durch die Konvektion steigt, durch die Leitung so schnell abgekühlt wird, dass sich seine Fahrausgelassenheit vermindern wird. Andererseits, wenn Hitzeleitung sehr niedrig ist, kann ein großer Temperaturanstieg gebildet werden, und Konvektion könnte sehr stark sein.

Die Rayleigh-Zahl ist ein Maß, das das Ergebnis dieser Konkurrenz bestimmt.

• g ist Beschleunigung wegen des Ernstes
• ρ ist die Dichte damit, der Dichte-Unterschied zwischen den niedrigeren und oberen Enden zu sein
• μ ist die dynamische Viskosität
• α ist der Thermische diffusivity
• β ist das Volumen thermischer expansivity (manchmal hat α anderswohin angezeigt)
• T ist die Temperatur und

• ν ist die kinematische Viskosität.

Die Rayleigh-Zahl kann als das Verhältnis zwischen der Rate der Wärmeübertragung durch die Konvektion zur Rate der Wärmeübertragung durch die Leitung verstanden werden; oder, gleichwertig, das Verhältnis zwischen den entsprechenden Zeitskalen (d. h. der Leitungszeitskala, die durch die Konvektionszeitskala geteilt ist) bis zu einem numerischen Faktor. Das kann wie folgt gesehen werden, wo alle Berechnungen bis zu numerischen Faktoren abhängig von der Geometrie des Systems sind.

Die Ausgelassenheitskraft, die Konvektion steuernd, ist grob, so ist der entsprechende Druck grob. Im unveränderlichen Staat wird das durch die Scherspannung wegen der Viskosität annulliert, und ist deshalb grob gleich, wo V die typische flüssige Geschwindigkeit wegen der Konvektion und der Ordnung seiner Zeitskala ist. Die Leitungszeitskala ist andererseits der Ordnung dessen.

Konvektion kommt vor, wenn die Rayleigh-Zahl oben 1.000-2.000 ist. Zum Beispiel hat der Mantel der Erde, nichtstabile Konvektion ausstellend, Rayleigh-Zahl der Ordnung 1,000, und T, ist wie berechnet, oben ungefähr 100 Millionen Jahre.

Phase-Änderungen

Die Übertragung der Hitze durch einen Phase-Übergang im Medium — wie Wasser zum Eis, Wasser zum Dampf, Dampf zum Wasser oder Eis zum Wasser — ist mit bedeutender Energie verbunden und wird auf viele Weisen ausgenutzt: Dampfmaschinen, Kühlschränke, usw. Zum Beispiel ist die Maurer-Gleichung ein ungefährer analytischer Ausdruck für das Wachstum eines Wassertröpfchens, das auf den Effekten des Hitzetransports auf der Eindampfung und Kondensation gestützt ist.

Das Kochen

Die Wärmeübertragung in kochenden Flüssigkeiten, ist aber von der beträchtlichen technischen Wichtigkeit kompliziert. Es wird durch eine S-Shaped-Kurve charakterisiert, die Hitzefluss verbindet, um Temperaturunterschied zu erscheinen.

Bei niedrigen Fahrtemperaturen kommt kein Kochen vor, und die Wärmeübertragungsrate wird von den üblichen einzeln-phasigen Mechanismen kontrolliert. Da die Oberflächentemperatur vergrößert wird, kommt das lokale Kochen vor und Dampf-Luftblasen nucleate, wachsen Sie in die kühlere Umgebungsflüssigkeit und den Zusammenbruch hinein. Das ist das unterkühlte Nucleate-Kochen, und ist ein sehr effizienter Wärmeübertragungsmechanismus. An hohen Luftblase-Generationsraten beginnen die Luftblasen sich einzumischen, und der Hitzefluss nimmt nicht mehr schnell mit der Oberflächentemperatur zu (das ist die Abfahrt vom Nucleate-Kochen oder DNB). Bei höheren Temperaturen noch wird ein Maximum im Hitzefluss (der kritische Hitzefluss oder CHF) erreicht. Das Regime der fallenden Wärmeübertragung, die folgt, ist nicht leicht zu studieren, aber wird geglaubt, vor abwechselnden Perioden von nucleate und dem Filmkochen charakterisiert zu werden.

Das Kochen von Nucleate verlangsamt die Wärmeübertragung wegen Gasluftblasen auf der Oberfläche der Heizung; wie erwähnt, ist gasphasiges Thermalleitvermögen viel niedriger als flüssig-phasiges Thermalleitvermögen, so ist das Ergebnis eine Art "Gasthermalbarriere".

Bei höheren Temperaturen noch wird das hydrodynamisch ruhigere Regime des Filmkochens erreicht. Hitzeflüsse über die stabilen Dampf-Schichten sind niedrig, aber erheben sich langsam mit der Temperatur. Jeder Kontakt zwischen Flüssigkeit und der Oberfläche, die wahrscheinlich gesehen werden kann, führt zum äußerst schnellen nucleation einer frischen Dampf-Schicht ("spontaner nucleation").

Kondensation

Kondensation kommt vor, wenn ein Dampf abgekühlt wird und seine Phase zu einer Flüssigkeit ändert. Kondensationswärmeübertragung, wie das Kochen, ist der großen Bedeutung in der Industrie. Während der Kondensation muss die latente Hitze der Eindampfung veröffentlicht werden. Der Betrag der Hitze ist dasselbe als das, das während der Eindampfung an demselben flüssigen Druck absorbiert ist.

Es gibt mehrere Typen der Kondensation:

• Homogene Kondensation, als während einer Bildung des Nebels.
• Kondensation im direkten Kontakt mit unterkühlter Flüssigkeit.
• Kondensation auf dem direkten Kontakt mit einer kühl werdenden Wand eines Hitzeex-Wechslers: Das ist die allgemeinste in der Industrie verwendete Weise:
• Kondensation von Filmwise besteht darin, wenn ein flüssiger Film auf der unterkühlten Oberfläche gebildet wird, und gewöhnlich wenn die Flüssigkeit wets die Oberfläche vorkommt.
• Kondensation von Dropwise besteht darin, wenn flüssige Fälle auf der unterkühlten Oberfläche gebildet werden, und gewöhnlich vorkommt, wenn die Flüssigkeit nicht nass die Oberfläche tut.

:Dropwise-Kondensation ist schwierig, zuverlässig zu stützen; deshalb wird Industrieausrüstung normalerweise entworfen, um in der filmwise Kondensationsweise zu funktionieren.

Das Modellieren von Annäherungen

Komplizierte Wärmeübertragungsphänomene können unterschiedlich modelliert werden.

Hitzegleichung

Die Hitzegleichung ist eine wichtige teilweise Differenzialgleichung, die den Vertrieb der Hitze (oder Schwankung in der Temperatur) in einem gegebenen Gebiet mit der Zeit beschreibt. In einigen Fällen sind genaue Lösungen der Gleichung verfügbar; in anderen Fällen muss die Gleichung numerisch mit rechenbetonten Methoden gelöst werden. Zum Beispiel können vereinfachte Klimamodelle das Newtonische Abkühlen, statt eines vollen (und rechenbetont teuer) Strahlencode verwenden, um atmosphärische Temperaturen aufrechtzuerhalten.

Zusammengelegte Systemanalyse

Die Systemanalyse durch das zusammengelegte Kapazitätsmodell ist eine allgemeine Annäherung in der vergänglichen Leitung, die verwendet werden kann, wann auch immer die Hitzeleitung innerhalb eines Gegenstands viel schneller ist als Hitzeleitung über die Grenze des Gegenstands.

Das ist eine Methode der Annäherung, die einen Aspekt des vergänglichen Leitungssystems — dessen innerhalb des Gegenstands — zu einem gleichwertigen unveränderlichen Zustandsystem reduziert. D. h. die Methode nimmt an, dass die Temperatur innerhalb des Gegenstands völlig gleichförmig ist, obwohl sich sein Wert rechtzeitig ändern kann.

In dieser Methode wird das Verhältnis des leitenden Hitzewiderstands innerhalb des Gegenstands zum convective Wärmeübertragungswiderstand über die Grenze des Gegenstands, die als die Zahl von Biot bekannt ist, berechnet. Für kleine Zahlen von Biot kann die Annäherung der räumlich gleichförmigen Temperatur innerhalb des Gegenstands verwendet werden: Es kann gewagt werden, dass in den Gegenstand übertragene Hitze Zeit hat, um sich wegen des niedrigeren Widerstands gegen das Tun so im Vergleich zum Widerstand gegen die Hitze gleichförmig zu verteilen, die in den Gegenstand eingeht.

Zusammengelegte Systemanalyse reduziert häufig die Kompliziertheit der Gleichungen zu einer linearer Differenzialgleichung der ersten Ordnung, in welchem Fall Heizung und das Abkühlen durch eine einfache Exponentiallösung, häufig gekennzeichnet als Newtonsches Gesetz des Abkühlens beschrieben werden.

Anwendungen und Techniken

Wärmeübertragung hat breite Anwendung auf die Wirkung von zahlreichen Geräten und Systemen. Wärmeübertragungsgrundsätze können verwendet werden, um Temperatur in einem großen Angebot an Verhältnissen zu bewahren, zu vergrößern, oder zu vermindern.

Isolierung und leuchtende Barrieren

Thermalisolatoren sind Materialien spezifisch hat vorgehabt, den Fluss der Hitze durch das Begrenzen der Leitung, Konvektion oder beider zu reduzieren. Leuchtende Barrieren sind Materialien, die Radiation widerspiegeln, und deshalb den Fluss der Hitze von Strahlenquellen reduzieren. Gute Isolatoren sind nicht notwendigerweise gute leuchtende Barrieren, und umgekehrt. Metall ist zum Beispiel ein ausgezeichneter Reflektor und ein schlechter Isolator.

Die Wirksamkeit eines Isolators wird durch seinen R-Wert oder Widerstand-Wert angezeigt. Der R-Wert eines Materials ist das Gegenteil des Leitungskoeffizienten (k) multipliziert mit der Dicke (d) des Isolators. Im grössten Teil der Welt werden R-Werte in SI-Einheiten gemessen: Quadratmeter kelvins pro Watt (m² · K/W). In den Vereinigten Staaten werden R-Werte gewöhnlich in Einheiten von britischen Thermaleinheiten pro Stunde pro Quadratfuß-Grad Fahrenhei gegeben (Btu/h · ft² · °F).

Starre Glasfaser, ein allgemeines Isolierungsmaterial, hat einen R-Wert von vier pro Zoll, während gegossener Beton, ein schlechter Isolator, einen R-Wert von 0.08 pro Zoll hat.

Die Klamotten sind ein Maß des Thermalwiderstands, der allgemein in der Textilindustrie verwendet ist, und häufig gesehen ist, angesetzt auf, zum Beispiel, Daunendecken und Teppich-Teppichunterlage.

Die Wirksamkeit einer leuchtenden Barriere wird durch sein Reflexionsvermögen angezeigt, das der Bruchteil der widerspiegelten Radiation ist. Ein Material mit einem hohen Reflexionsvermögen (an einer gegebenen Wellenlänge) hat ein niedriges Emissionsvermögen (an dieser derselben Wellenlänge), und umgekehrt. An jeder spezifischen Wellenlänge, Reflexionsvermögen = 1 - Emissionsvermögen. Eine ideale leuchtende Barriere würde ein Reflexionsvermögen 1 haben, und würde deshalb 100 Prozent der eingehenden Radiation widerspiegeln. Thermosflaschen oder Dewars, sind versilbert, um sich diesem Ideal zu nähern. Im Vakuum des Raums verwenden Satelliten Mehrschicht-Isolierung, die aus vielen Schichten von aluminized (glänzender) Mylar besteht, um Strahlenwärmeübertragung außerordentlich zu reduzieren und Satellitentemperatur zu kontrollieren.

Kritische Isolierungsdicke

Niedriges Thermalleitvermögen (k) Materialien reduziert Hitzeflüsse. Je kleiner der K-Wert, desto größer der entsprechende Thermalwiderstand (R) Wert. Thermalleitvermögen wird in Watt pro Meter pro kelvin gemessen (W · M · K), vertreten als k. Als die Dicke von Dämmstoff zunimmt, nimmt der Thermalwiderstand — oder R-Wert — auch zu.

Jedoch hat das Hinzufügen von Schichten der Isolierung das Potenzial, die Fläche, und folglich das Thermalkonvektionsgebiet zu vergrößern.

Zum Beispiel, weil dickere Isolierung zu einer zylindrischen Pfeife, dem Außenradius der Systemzunahmen der Pfeife-Und-Isolierung, und deshalb Fläche-Zunahmen hinzugefügt wird. Der Punkt, wo der zusätzliche Widerstand der zunehmenden Isolierungsdicke überschattet durch die Wirkung der vergrößerten Fläche wird, wird die kritische Isolierungsdicke genannt. In einfachen zylindrischen Pfeifen wird das als ein Radius berechnet:

Hitzeex-Wechsler

Ein Hitzeex-Wechsler ist ein Werkzeug, das für die effiziente Wärmeübertragung von einer Flüssigkeit bis einen anderen gebaut ist, ob die Flüssigkeiten durch eine feste Wand getrennt werden, so dass sie sich nie vermischen, oder die Flüssigkeiten im direkten Kontakt sind. Hitzeex-Wechsler werden in Kühlung, Klimatisierung, Raumheizung, Energieerzeugung und chemischer Verarbeitung weit verwendet. Ein allgemeines Beispiel eines Hitzeex-Wechslers ist ein Heizkörper eines Autos, in dem die heiße Kühlmittel-Flüssigkeit durch den Fluss von Luft über die Oberfläche des Heizkörpers abgekühlt wird.

Allgemeine Typen von Hitzeex-Wechsler-Flüssen schließen parallelen Fluss, Gegenfluss und bösen Fluss ein. Im parallelen Fluss bewegen sich beide Flüssigkeiten in derselben Richtung, während sie Hitze übertragen; im Gegenfluss bewegen sich die Flüssigkeiten in entgegengesetzten Richtungen; und im bösen Fluss bewegen sich die Flüssigkeiten rechtwinklig zu einander. Allgemeine Aufbauten für den Hitzeex-Wechsler schließen Schale ein, und Tube, doppelte Pfeife, hat finned Pfeife, spiralförmige Finanzpfeife, U-Tube ausgestoßen, und hat Teller aufgeschobert.

Wenn Ingenieure die theoretische Wärmeübertragung in einem Hitzeex-Wechsler berechnen, müssen sie mit der Tatsache kämpfen, dass sich der fahrende Temperaturunterschied zwischen den zwei Flüssigkeiten mit der Position ändert. Um dafür in einfachen Systemen verantwortlich zu sein, wird der Klotz Mitteltemperaturunterschied (LMTD) häufig als eine "durchschnittliche" Temperatur verwendet. In komplizierteren Systemen sind direkte Kenntnisse des LMTD, und die Zahl von Übertragungseinheiten (NTU) nicht verfügbar Methode kann stattdessen verwendet werden.

Hitzeverschwendung

Ein Hitzebecken ist ein Bestandteil, der Hitze überträgt, die innerhalb eines festen Materials zu einem flüssigen Medium, wie Luft oder eine Flüssigkeit erzeugt ist. Beispiele des Hitzebeckens sind die Hitzeex-Wechsler, die in der Kühlung und den Klimatisierungssystemen und dem Heizkörper in einem Auto verwendet sind (der auch ein Hitzeex-Wechsler ist). Hitzebecken hilft auch, elektronische und optoelektronische Geräte wie Zentraleinheiten, Laser der höheren Macht und Licht ausstrahlende Dioden (LEDs) abzukühlen. Ein Hitzebecken verwendet seine verlängerten Oberflächen, um die Fläche im Kontakt mit der kühl werdenden Flüssigkeit zu vergrößern.

Gebäude

In kalten Klimas bilden Häuser mit ihren Heizungsanlagen dissipative Systeme, häufig auf einen Verlust der Energie (bekannt umgangssprachlich als "Hitze hinauslaufend, Verbluten"), der Hausinnere unbequem oder Kälte kühl werden lässt.

Für die Bequemlichkeit der Einwohner muss das Innere aus dem Thermalgleichgewicht mit den Außenumgebungen aufrechterhalten werden. Tatsächlich sind diese Innenwohnsitze Inseln der Wärme in einem Meer der Kälte, und der Thermalanstieg zwischen der Innen- und Außenseite ist häufig ziemlich steil. Das kann zu Problemen wie Kondensation und unbehagliche Luftzüge führen, die — wenn verlassen, ungerichtet — kosmetischen oder strukturellen Schaden dem Eigentum verursachen können.

Solche Probleme können durch die Ausführung einer Energierechnungskontrolle und die Durchführung von empfohlenen Verbesserungsverfahren verhindert werden (wie die Installation der entsprechenden Isolierung, das Luftsiegeln von Strukturleckstellen und die Hinzufügung energieeffizienter Fenster und Türen.

Thermaldurchlässigkeitsgrad ist die Rate der Übertragung der Hitze durch eine Struktur, die durch den Unterschied in der Temperatur über die Struktur geteilt ist. Es wird in Watt pro Quadratmeter pro kelvin oder W/m²K ausgedrückt. Gut isolierte Teile eines Gebäudes haben einen niedrigen Thermaldurchlässigkeitsgrad, wohingegen schlecht isolierte Teile eines Gebäudes einen hohen Thermaldurchlässigkeitsgrad haben.

Ein Thermostat ist ein Gerät, das dazu fähig ist, die Heizungsanlage anzufangen, wenn das Interieur des Hauses unter einer Satz-Temperatur, und vom Aufhören fällt, dass dasselbe System, als eine andere (höher) Satz-Temperatur erreicht worden ist. So kontrolliert der Thermostat den Fluss der Energie ins Haus, diese Energie, die schließlich zum Äußeren wird zerstreut.

Thermalenergielagerung

Thermalenergielagerung bezieht sich auf Technologien, die Energie in einem Thermalreservoir für den späteren Gebrauch versorgen. Sie können angestellt werden, um Energienachfrage zwischen Tageszeit und Nacht zu erwägen. Das Thermalreservoir kann bei einer Temperatur oben (heißerer) oder unten (kälterer) aufrechterhalten werden als diese der umgebenden Umgebung. Anwendungen schließen späteren Gebrauch in die Raumheizung, häuslich ein oder bearbeiten heißes Wasser, oder Elektrizität zu erzeugen. Die meisten praktischen aktiven Sonnenheizungsanlagen haben Lagerung seit ein paar Stunden zu einem Wert eines Tages der gesammelten Hitze.

Das Abkühlen von Evaporative

Das Abkühlen von Evaporative ist ein physisches Phänomen, in dem die Eindampfung einer Flüssigkeit, normalerweise in Umgebungsluft, einen Gegenstand oder eine Flüssigkeit im Kontakt damit abkühlt. Latente Hitze beschreibt den Betrag der Hitze, die erforderlich ist, um die Flüssigkeit zu verdampfen; diese Hitze kommt aus der Flüssigkeit selbst und dem Umgebungsbenzin und den Oberflächen. Je größer der Unterschied zwischen den zwei Temperaturen, desto größer der evaporative kühl werdende Wirkung. Wenn die Temperaturen dasselbe sind, kommt keine Nettoeindampfung von Wasser in Luft vor; so gibt es keine kühl werdende Wirkung. Ein einfaches Beispiel des natürlichen Evaporative-Abkühlens ist Schweiß oder Schweiß, den der Körper verbirgt, um sich abzukühlen. Ein evaporative Kühler ist ein Gerät, das Luft durch die einfache Eindampfung von Wasser abkühlt.

Das Strahlungsabkühlen

Das Strahlungsabkühlen ist der Prozess, durch den ein Körper Hitze durch die Radiation verliert. Es ist eine wichtige Wirkung in der Atmosphäre der Erde. Im Fall vom Erdatmosphäre-System bezieht es sich auf den Prozess, durch die Langwelle (infrarot)-Radiation ausgestrahlt wird, um die Absorption der kurzwelligen (sichtbaren) Energie von der Sonne zu erwägen. Transport von Convective der Hitze und evaporative Transport der latenten Hitze sowohl entfernen Hitze von der Oberfläche als auch verteilen es in der Atmosphäre neu, es für den Strahlungstransport an höheren Höhen bereitstellend.

Das Laserabkühlen

Das Laserabkühlen bezieht sich auf Techniken, in denen atomare und molekulare Proben durch die Wechselwirkung mit einem oder mehr leichten Laserfeldern abgekühlt werden. Der grösste Teil der üblichen Methodik des Laserabkühlens ist das Abkühlen von Doppler. Im Doppler-Abkühlen wird die Frequenz des Laserlichtes ein bisschen unter einem elektronischen Übergang im Atom abgestimmt. So würden die Atome mehr Fotonen absorbieren, wenn sie an die leichte Quelle wegen der Wirkung von Doppler herangehen würden. Wenn ein aufgeregtes Atom dann ein Foton spontan ausstrahlt, wird es beschleunigt. Das Ergebnis der Absorption und des Emissionsprozesses soll die Geschwindigkeit des Atoms reduzieren. Schließlich werden die Mittelgeschwindigkeit, und deshalb die kinetische Energie der Atome, reduziert. Da die Temperatur eines Ensembles von Atomen ein Maß der zufälligen inneren kinetischen Energie ist, ist das zum Abkühlen der Atome gleichwertig.

Das mitfühlende Abkühlen ist ein Prozess, in dem Partikeln eines Typs Partikeln eines anderen Typs abkühlen. Gewöhnlich werden Atomionen, die direkt laserabgekühlt werden können, verwendet, um nahe gelegene Ionen oder Atome abzukühlen. Diese Technik erlaubt, Ionen und Atome kühl zu werden, die Laser abgekühlt direkt nicht sein können.

Das magnetische Abkühlen

Das magnetische Evaporative-Abkühlen ist eine Technik, für die Temperatur einer Gruppe von Atomen zu senken. Die Prozess-Grenze-Atome mit einem magnetischen Feld. Mit der Zeit werden individuelle Atome viel energischer werden als andere wegen zufälliger Kollisionen, und werden — umziehende Energie aus dem System und Reduzieren der Temperatur der restlichen Gruppe flüchten. Dieser Prozess ist dem vertrauten Prozess ähnlich, durch den Stehwasser Wasserdampf wird.

Wärmeübertragung im menschlichen Körper

Die Grundsätze der Wärmeübertragung in Techniksystemen können auf den menschlichen Körper angewandt werden, um zu bestimmen, wie der Körper Hitze überträgt. Hitze wird im Körper durch den dauernden Metabolismus von Nährstoffen erzeugt, der Energie für die Systeme des Körpers zur Verfügung stellt. Der menschliche Körper muss eine konsequente innere Temperatur aufrechterhalten, um gesunde körperliche Funktionen aufrechtzuerhalten. Deshalb muss Überhitze vom Körper zerstreut werden, um es von der Überhitzung abzuhalten. Wenn sich eine Person mit Hochniveaus der körperlichen Tätigkeit beschäftigt, verlangt der Körper zusätzlichen Brennstoff, der die metabolische Rate und die Rate der Hitzeproduktion vergrößert. Der Körper muss dann zusätzliche Methoden verwenden, die zusätzliche erzeugte Hitze zu entfernen, um die innere Temperatur an einem gesunden Niveau zu behalten.

Die Wärmeübertragung durch die Konvektion wird durch die Bewegung von Flüssigkeiten über die Oberfläche des Körpers gesteuert. Diese convective Flüssigkeit kann entweder eine Flüssigkeit oder ein Benzin sein. Für die Wärmeübertragung von der Außenoberfläche des Körpers ist der Konvektionsmechanismus von der Fläche des Körpers, der Geschwindigkeit der Luft und dem Temperaturanstieg zwischen der Oberfläche der Haut und der umgebenden Luft abhängig. Die normale Temperatur des Körpers ist ungefähr 37°C. Wärmeübertragung kommt mehr sogleich vor, wenn die Temperatur der Umgebungen bedeutsam weniger ist als die normale Körpertemperatur. Dieses Konzept erklärt, warum sich eine Person "kalt" fühlt, wird wenn nicht genug Bedeckung, wenn ausgestellt, zu einer kalten Umgebung getragen. Kleidung kann als ein Isolator betrachtet werden, der Thermalwiderstand zur Verfügung stellt, um Fluss über den bedeckten Teil des Körpers zu heizen. Dieser Thermalwiderstand veranlasst die Temperatur auf der Oberfläche der Kleidung, weniger zu sein, als die Temperatur auf der Oberfläche der Haut. Dieser kleinere Temperaturanstieg zwischen der Oberflächentemperatur und der Umgebungstemperatur wird eine niedrigere Rate der Wärmeübertragung verursachen, als wenn die Haut nicht bedeckt wurde.

Um sicherzustellen, dass ein Teil des Körpers nicht bedeutsam heißer ist als ein anderer Teil, muss Hitze gleichmäßig durch die körperlichen Gewebe verteilt werden. Blut, das durch Geäder fließt, handelt als eine convective Flüssigkeit und hilft, jede Zunahme der Überhitze innerhalb der Gewebe des Körpers zu verhindern. Dieser Fluss des Bluts durch die Behälter kann als Pfeife-Fluss in einem Techniksystem modelliert werden. Die durch das Blut getragene Hitze wird durch die Temperatur des Umgebungsgewebes, das Diameter des Blutgefäßes, die Dicke der Flüssigkeit, Geschwindigkeit des Flusses und den Wärmeübertragungskoeffizienten des Bluts bestimmt. Die Geschwindigkeit, das Blutgefäß-Diameter und die flüssige Dicke können alle mit der Zahl von Reynolds, eine ohne Dimension in der flüssigen Mechanik verwendete Zahl verbunden sein, um den Fluss von Flüssigkeiten zu charakterisieren.

Latenter Hitzeverlust, auch bekannt als Evaporative-Hitzeverlust, sind für einen großen Bruchteil des Hitzeverlustes vom Körper verantwortlich. Wenn die Kerntemperatur der Körperzunahmen, der Körper Schweißdrüsen in der Haut auslöst, um zusätzliche Feuchtigkeit zur Oberfläche der Haut zu bringen. Die Flüssigkeit wird dann in den Dampf umgestaltet, der Hitze von der Oberfläche des Körpers entfernt. Die Rate des Eindampfungshitzeverlustes ist direkt mit dem Dampf-Druck an der Hautoberfläche und dem Betrag der Feuchtigkeitsgegenwart auf der Haut verbunden. Deshalb wird das Maximum der Wärmeübertragung vorkommen, wenn die Haut völlig nass ist. Der Körper verliert unaufhörlich Wasser durch die Eindampfung, aber der bedeutendste Betrag des Hitzeverlustes kommt während Perioden der vergrößerten körperlichen Tätigkeit vor.

Anderer

Ein Wärmerohr ist ein passives Gerät gebaut auf solche Art und Weise, dass es handelt, als ob es äußerst hohes Thermalleitvermögen hat. Wärmerohre verwenden latente Hitze und kapillare Handlung, um Hitze zu bewegen, und können oft so viel Hitze tragen wie eine ähnlich-große Kupferstange. Ursprünglich erfunden für den Gebrauch in Satelliten haben sie Anwendungen in Personalcomputern.

Ein Thermoelement ist ein Verbindungspunkt zwischen zwei verschiedenen Metallen, der eine mit einem Temperaturunterschied verbundene Stromspannung erzeugt. Thermoelemente sind ein weit verwendeter Typ des Temperatursensors für das Maß und die Kontrolle, und können auch verwendet werden, um Hitze in die elektrische Macht umzuwandeln.

Ein thermopile ist ein elektronisches Gerät, das Thermalenergie in die elektrische Energie umwandelt. Es wird aus Thermoelementen zusammengesetzt. Thermopiles messen die absolute Temperatur nicht, aber erzeugen eine zu einem Temperaturunterschied proportionale Produktionsstromspannung. Thermopiles werden z.B weit verwendet, sie sind der Schlüsselbestandteil von Infrarotthermometern, wie diejenigen, die verwendet sind, um Körpertemperatur über das Ohr zu messen.

Eine Thermaldiode oder Thermalberichtiger sind ein Gerät, das bevorzugt Hitze in einer Richtung passiert: eine "Einwegklappe" für die Hitze.

Siehe auch

• Gesetz von Stefan-Boltzmann
• Thermokontakt-Leitfähigkeit
• Thermalphysik
• Thermalwiderstand in der Elektronik
• Thermalwissenschaft
• Das Kochen

Weiterführende Literatur

• Grenzen in der Hitze und Masse übertragen
• Wärmeübertragungstechnik
• Experimentelle Wärmeübertragung
• Die internationale Zeitschrift der Hitze und Masse überträgt
• ASME Zeitschrift der Wärmeübertragung
• Numerischer Wärmeübertragungsteil A
• Numerischer Wärmeübertragungsteil B
• Nanoscale und Microscale Thermophysical Engineering
• Zeitschrift der erhöhten Wärmeübertragung

Links

• Fortgeschrittene Hitze und Massenübertragung - Ein Lehrbuch für gratis online das Lesen.
• Thermal-FluidsPedia - Eine Online-Thermalflüssigkeitsenzyklopädie.
• COMSOL Wärmeübertragungsmodul - CAD-Software, dass Modelle und Wärmeübertragungsprobleme vortäuschen.
• Wärmeübertragungstutorweisen der Wärmeübertragung (Leitung, Konvektion, Radiation) innerhalb oder zwischen Medien, werden zusammen mit Berechnungen und anderen Problemen wie Wärmeübertragungsbarrieren - Spirax Sarco erklärt
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