การถ่ายเทความร้อนเป็นอย่างไร

การถ่ายเทความร้อนสามารถเกิดขึ้นได้สามวิธี:

• การประมวลผล

• เครื่องทําความร้อน

• การแผ่รังสี

ในสถานการณ์จริง การถ่ายเทความร้อนจะเกิดขึ้นพร้อมกัน แต่ไม่เท่ากันทั้งสามวิธี

ในแต่ละกรณี ความร้อนจะไหลจากร้อนไปยังเย็น: นี่คือหลักการพื้นฐานของเทอร์โมไดนามิกส์ ซึ่งความร้อนจะไหลตามธรรมชาติจากบริเวณที่มีอุณหภูมิสูงขึ้นไปยังบริเวณที่มีอุณหภูมิต่ําลง 

การประมวลผล

การนําไฟฟ้าคือการถ่ายเทความร้อนผ่านวัสดุที่เป็นของแข็ง ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อโมเลกุลในสารสั่นสะเทือนและถ่ายโอนพลังงานไปยังโมเลกุลที่อยู่ติดกัน กระบวนการนี้มีความสําคัญอย่างยิ่งในการใช้งานทางอุตสาหกรรมจํานวนมากที่วัสดุจําเป็นต้องนําความร้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพ

ตัวอย่างของการนําไฟฟ้า: การสัมผัสแท่งโลหะที่ได้รับความร้อนที่ปลายด้านหนึ่ง ความร้อนจะไหลผ่านก้านไปยังมือของคุณ

เครื่องทําความร้อน

การถ่ายเทความร้อนคือการถ่ายเทความร้อนโดยการเคลื่อนไหวของของเหลว (ของเหลวหรือก๊าซ) การถ่ายเทความร้อนประเภทนี้เป็นสิ่งจําเป็นในระบบที่จําเป็นต้องมีการเคลื่อนไหวของของเหลวเพื่อกระจายความร้อนอย่างสม่ําเสมอ

ตัวอย่างของลมร้อน: น้ําเดือด ความร้อนจากเตาทําให้น้ําที่ด้านล่างมีความหนาแน่นน้อยลงและเพิ่มขึ้น ในขณะที่น้ําที่เย็นลง

การแผ่รังสี

การแผ่รังสีคือการถ่ายเทความร้อนผ่านคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า การแผ่รังสีไม่จําเป็นต้องใช้สื่อกลางและสามารถเกิดขึ้นผ่านพื้นที่ว่างได้ ซึ่งแตกต่างจากการนําไฟฟ้าและการพาความร้อน

ตัวอย่างของการแผ่รังสี: ความร้อนจากดวงอาทิตย์ที่ทําให้ใบหน้าของคุณอุ่นขึ้น หรือมาร์ชมัลโลว์ที่คั่วโดยไฟ พลังงานของดวงอาทิตย์เดินทางผ่านสุญญากาศของพื้นที่และทําให้วัตถุบนโลกอุ่นขึ้น

การนําความร้อนเป็นการวัดความสามารถของวัสดุในการนําความร้อน สูตร:

Q = λ * A * t * (Δ T / Δ x)

โดยเฉพาะอย่างยิ่ง:

• Q คือความร้อนที่ถ่ายโอน (J)
• λ เป็นค่าสัมประสิทธิ์การนําความร้อน (W/m*K)
• A คือพื้นที่การไหลของความร้อน (m²)
• t เป็นเวลา (วินาที),
• ΔT คือความแตกต่างของอุณหภูมิ (K)
• Δx คือระยะห่าง (m)

สูตรสําหรับการถ่ายเทความร้อนแบบคอนเวกเตอร์คือ:

Q = - h * A * t * Δ T

โดยเฉพาะอย่างยิ่ง:

• Q คือการถ่ายเทความร้อน (J)
• h คือสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนแบบคอนเวกทีฟ (W/m² *K)
• A คือพื้นที่ผิว (m²)
• t คือเวลา (วินาที)
• ΔT คือความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างพื้นผิวและของเหลว (K)

สัญลักษณ์ลบบ่งชี้ว่าการถ่ายเทความร้อนเกิดขึ้นจากอุณหภูมิที่สูงขึ้นไปต่ําลง

สูตรสําหรับการถ่ายเทความร้อนแบบคอนเวกเตอร์คือ:

Q = - k * A * t * Δ T

โดยเฉพาะอย่างยิ่ง:

• Q คือความร้อนที่ถ่ายเททั้งหมด (J)
• k คือสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อน (W/m² *K)
• A คือพื้นที่ (m²)
• t คือเวลา (วินาที)
• ΔT คือความแตกต่างของอุณหภูมิ (เย็น-ร้อน)(K)

สูตรสําหรับ Log Mean Temperature Difference (LMTD) คือ:

Өₘ = Ө₁ - Ө₂ / ln ( Ө₁ / Ө₂ )

โดยเฉพาะอย่างยิ่ง:

• Өₘ คือความแตกต่างของอุณหภูมิเฉลี่ยของล็อก (K)
• Ө₁ คือความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างของเหลวสองชนิดที่ปลายด้านหนึ่งของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน (⁀1),
• Ө₂ คือความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างของเหลวสองชนิดที่ปลายอีกด้านหนึ่งของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน (⁀2)
• ln หมายถึงลอการิธึมตามธรรมชาติ