Wärmeübertragungsrechner

Wärmeübertragung ist der durch einen Temperaturunterschied verursachte Transport thermischer Energie. In der Technik wird meist zwischen Wärmeleitung, Konvektion und Strahlung unterschieden. Dieser Rechner liefert für jede Art einen stationären Wärmestrom in Watt aus standardmäßigen SI-Eingaben. Ein positives Ergebnis bedeutet, dass Wärme von der angegebenen heißen Seite oder Oberfläche zur kalten Seite oder Umgebung fließt. Vertauschte Temperaturen ergeben einen negativen Wert und zeigen die umgekehrte Richtung an. Wärmeleitung transportiert Energie durch ruhendes Material. Für eine ebene Schicht mit konstanter Wärmeleitfähigkeit ergibt das Fouriersche Gesetz den Wärmestrom als Produkt aus Wärmeleitfähigkeit, Fläche und Temperaturdifferenz, geteilt durch die Schichtdicke. Größere Fläche, Leitfähigkeit oder Temperaturdifferenz erhöhen den Wärmestrom; eine dickere Schicht verringert ihn. Das vereinfachte Modell setzt eindimensionalen Wärmetransport, einheitliche Eigenschaften, keine innere Wärmeerzeugung und vernachlässigbaren Kontaktwiderstand voraus. Konvektion überträgt Wärme zwischen einer Oberfläche und einem bewegten Fluid wie Luft oder Wasser. Das Newtonsche Abkühlungsgesetz multipliziert den Wärmeübergangskoeffizienten mit der Oberfläche und der Temperaturdifferenz zwischen Oberfläche und Fluid. Der Koeffizient ist keine grundlegende Materialkonstante: Er hängt von Fluideigenschaften, Geschwindigkeit, Geometrie, Ausrichtung sowie natürlicher oder erzwungener Strömung ab. Für aussagekräftige Ergebnisse ist ein Wert aus einer passenden Korrelation oder Messung nötig. Wärmestrahlung transportiert Energie durch elektromagnetische Emission und benötigt kein Fluid. Das Stefan-Boltzmann-Gesetz verwendet Emissionsgrad, Fläche und die Differenz der vierten Potenzen der absoluten Oberflächen- und Umgebungstemperatur. Strahlungstemperaturen müssen daher in Kelvin eingegeben werden. Der Emissionsgrad liegt zwischen null und eins; dunkle nichtmetallische Oberflächen haben oft hohe Werte, polierte Metalle können deutlich niedrigere aufweisen. Reale Baugruppen können alle drei Arten gleichzeitig, mehrere Materialschichten, veränderliche Eigenschaften, komplexe Geometrien oder instationäre Temperaturen umfassen. Berechnen Sie dann jeden relevanten Wärmepfad sorgfältig oder verwenden Sie ein Wärmewiderstandsnetzwerk und ein numerisches Modell. Die Ergebnisse sind idealisierte technische Schätzungen für Unterrichtsaufgaben, frühe Entwurfsvergleiche, Dämmungsprüfungen, Elektronikkühlung und Plausibilitätsprüfungen detaillierter Analysen.