Πρώτα απ 'όλα, θα πρέπει να γνωρίζουμε ότι η μεταφορά της θερμότητας προκαλείται από τη διαφορά θερμοκρασίας μέσα ή μεταξύ των αντικειμένων. Εάν δεν υπάρχει εξωτερική είσοδος ισχύος, σύμφωνα με το δεύτερο νόμο της θερμοδυναμικής, η θερμότητα μεταφέρεται πάντα αυτόματα από ένα μέρος με υψηλή θερμοκρασία σε ένα μέρος με χαμηλότερη θερμοκρασία.
Υπάρχουν τρεις βασικοί τρόποι μεταφοράς θερμότητας: αγωγιμότητα θερμότητας, συναγωγή θερμότητας, και ακτινοβολία θερμότητας. Οι τρεις μέθοδοι μεταφοράς θερμότητας εισάγονται παρακάτω.
(1) Αγωγιμότητα θερμότητας
Όταν δεν υπάρχει σχετική μετατόπιση μεταξύ των διαφόρων τμημάτων του αντικειμένου, η θερμική μεταφορά ενέργειας που παράγεται από τη θερμική κίνηση των μορίων, των ατόμων και των ελεύθερων ηλεκτρονίων και άλλων μικροσκοπικών σωματιδίων γίνεται αγωγιμότητα θερμότητας.
Ο βασικός τύπος υπολογισμού της αγωγιμότητας θερμότητας είναι νόμος του Fourier: η θερμότητα που μεταφέρεται με θερμική αγωγιμότητα σε μια μονάδα χρόνου είναι ανάλογη με την εγκάρσια περιοχή κάθετη προς τη ροή θερμότητας και ανάλογη με την κλίση θερμοκρασίας. Το αρνητικό σημείο δείχνει ότι η κατεύθυνση της θερμικής αγωγιμότητας είναι αντίθετη προς την κατεύθυνση της κλίσης θερμοκρασίας.
Η θερμική αγωγιμότητα είναι μια εγγενής φυσική ιδιότητα ενός υλικού, η οποία αντιπροσωπεύει τη θερμική αγωγιμότητα του υλικού. Όσο μεγαλύτερη είναι η θερμική αγωγιμότητα, τόσο καλύτερη είναι η θερμική αγωγιμότητα του υλικού.
(2) Θερμική συναγωγή
Θερμική συναγωγή αναφέρεται στη σχετική μετατόπιση μεταξύ των διαφόρων τμημάτων του υγρού που προκαλείται από τη μακροσκοπική κίνηση του υγρού, και η διαδικασία μεταφοράς θερμότητας που προκαλείται από την ανάμειξη των κρύων και θερμών υγρών. Θερμική συναγωγή εμφανίζεται μόνο στο υγρό. Επειδή τα μόρια στο υγρό θα εκτελέσει επίσης ακανόνιστη θερμική κίνηση ταυτόχρονα, θερμική συναγωγή συνοδεύεται πάντα από θερμική αγωγιμότητα.
Σε μια κοινή κατάσταση στη μηχανική, ένα υγρό ρέει μέσα από ένα αντικείμενο και παράγει διαδικασία μεταφοράς θερμότητας μεταξύ της επιφάνειάς του. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται διαδικασία μεταφοράς θερμότητας.
Η μεταφορά θερμότητας μεταφοράς θερμότητας από συναγωγή χωρίζεται σε δύο τύπους: φυσική συναγωγή και αναγκαστική συναγωγή.
Η φυσική συναγωγή προκαλείται από τη διαφορετική πυκνότητα των κρύων και θερμών μερών του υγρού. Για παράδειγμα, ο αέρας κοντά στο καλοριφέρ θερμαίνεται και ρέει προς τα πάνω.
Η αναγκαστική συναγωγή οφείλεται στη ροή του υγρού λόγω της διαφοράς πίεσης. Παραδείγματος χάριν, το νερό ψύξης οδηγείται από μια αντλία νερού για να ρεύσει αντί να έχει μια διαφορά πυκνότητας.
Ο βασικός τύπος υπολογισμού για τη συναγωγή θερμότητας είναι ο νευτώνειος τύπος ψύξης.
Ο συντελεστής μεταφοράς θερμότητας σχετίζεται με πολλούς παράγοντες της διαδικασίας μεταφοράς θερμότητας. Για παράδειγμα, οι φυσικές ιδιότητες του αντικειμένου, η σχετική θέση του σχήματος και του μεγέθους της επιφάνειας ανταλλαγής θερμότητας και ο ρυθμός ροής του υγρού. Στην ανάλυση μεταφοράς, είναι συνήθως απαραίτητο να χρησιμοποιηθούν θεωρητικές αναλύσεις ή πειραματικές μέθοδοι για τον υπολογισμό του συντελεστή μεταφοράς θερμότητας στην επιφάνεια του αντικειμένου.
(3) Θερμική ακτινοβολία
Ο τρόπος με τον οποίο τα αντικείμενα μεταφέρουν ενέργεια μέσω ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων γίνεται ακτινοβολία. Τα αντικείμενα εκπέμπουν ακτινοβολία για διάφορους λόγους, μεταξύ των οποίων το φαινόμενο της ακτινοβόλου ενέργειας που εκπέμπεται από τη θερμότητα ονομάζεται θερμική ακτινοβολία.
Η διαφορά μεταξύ της ακτινοβολίας και των δύο πρώτων μεθόδων μεταφοράς θερμότητας είναι ότι οι δύο πρώτες απαιτούν την παρουσία της ύλης, και η ακτινοβολία μπορεί να μεταφέρει ενέργεια στο κενό, και ακόμη και η πιο αποτελεσματική μεταφορά στο κενό.
Η μηχανική συνήθως εξετάζει την ακτινοβολία μεταξύ δύο ή περισσότερων αντικειμένων, και κάθε αντικείμενο στο σύστημα ακτινοβολεί και απορροφά τη θερμότητα ταυτόχρονα. Η καθαρή μεταφορά θερμότητας μεταξύ τους υπολογίζεται χρησιμοποιώντας την εξίσωση Stephen Boltzmann.