まず、熱の伝達は物体内部または物体間の温度差によって引き起こされることを知っておくべきです。外部電源入力がない場合、熱力学の第2法則に従って、熱は常に高温の場所から低温の場所に自動的に転送されます。
熱伝導、熱対流、熱放射の3つの基本的な方法があります。3つの熱伝達方法を以下に紹介します。
(1) 熱伝導
物体の様々な部分の間に相対変位がない場合、分子、原子や自由電子、その他の微小粒子の熱運動によって発生する熱エネルギー移動は熱伝導となる。
熱伝導の基本的な計算式はフーリエの法則です:単位時間の熱伝導によって伝達される熱は、熱流に垂直な断面積に比例し、温度勾配に比例します。負の符号は、熱伝導の方向が温度勾配の方向と反対であることを示します。
熱伝導率は、材料の熱伝導率を表す材料の固有の物理的性質です。熱伝導率が大きいほど、材料の熱伝導率が高くなります。
(2) 熱対流
熱対流とは、流体の巨視的な動きによって生じる流体の様々な部分と、冷たく熱い流体の混合によって引き起こされる熱伝達プロセスとの間の相対的な変位を指す。熱対流は流体でのみ発生します。流体中の分子も同時に不規則な熱運動を行うので、熱対流は常に熱伝導を伴います。
エンジニアリングの一般的な状況では、流体は物体を流れ、その表面間に熱伝達プロセスを生成します。この現象は対流熱伝達プロセスと呼ばれています。
対流熱伝達は、自然対流と強制対流の 2 つのタイプに分けられます。
自然対流は、流体の冷や熱い部分の異なる密度によって引き起こされます。例えば、ラジエーターの近くの空気は加熱され、上方に流れます。
強制対流は、圧力差による流体の流れによるものです。例えば、冷却水は、密度差を有する代わりに流れる水ポンプによって駆動される。
熱対流の基本計算式はニュートン冷却式です。
対流熱伝達係数は、熱伝達プロセスにおける多くの要因に関連しています。例えば、物体の物性、熱交換面の形状とサイズの相対位置、流体の流速などが挙げられています。対流解析では、通常、理論解析または実験方法を使用して、物体の表面上の対流熱伝達係数を計算する必要があります。
(3) 熱放射
物体が電磁波を通してエネルギーを伝達する方法は放射線になります。物体は様々な理由で放射を放出し、その中で熱放射エネルギーの現象は熱放射と呼ばれる。
放射線と最初の2つの熱伝達方法の違いは、最初の2つは物質の存在を必要とし、放射線は真空中でエネルギーを移動することができ、さらには真空中で最も効率的な伝達をすることができるということです。
エンジニアリングは通常、2つ以上のオブジェクト間の放射を考慮し、システム内の各オブジェクトが同時に熱を放射して吸収します。それらの間の正味熱伝達は、スティーブン・ボルツマン方程式を使用して計算されます。