En primer lloc, hem de saber que la transferència de calor és causada per la diferència de temperatura dins o entre objectes. Si no hi ha entrada de potència externa, d'acord amb la segona llei de la termodinàmica, la calor sempre es transfereix automàticament d'un lloc amb una temperatura alta a un lloc amb una temperatura més baixa.
Hi ha tres formes bàsiques de transferència de calor: la conductació de calor, la convecció de calor i la radiació tèrmica. Els tres mètodes de transferència de calor s'introdueixen a continuació.
(1) La contracció de la calor
Quan no hi ha un desplaçament relatiu entre les diferents parts de l'objecte, la transferència d'energia tèrmica generada pel moviment tèrmic de molècules, àtoms i electrons lliures i altres partícules microscòpiques es converteix en conductació tèrmica.
La fórmula bàsica de càlcul de la conductió tèrmica és la llei de Fourier: la calor transferida per la conductió de calor en un temps unitari és proporcional a l'àrea transversal perpendicular al flux de calor i proporcional al gradient de temperatura. El signe negatiu indica que la direcció de la conductació de calor és oposada a la direcció del degradat de temperatura.
La conductivitat tèrmica és una propietat física inherent d'un material, que representa la conductivitat tèrmica del material. Com més gran sigui la conductivitat tèrmica, millor serà la conductivitat tèrmica del material.
(2) Convecció tèrmica
La convecció tèrmica es refereix al desplaçament relatiu entre diverses parts del fluid causat pel moviment macroscòpic del fluid, i el procés de transferència de calor causat per la barreja de líquids freds i calents. La convecció tèrmica només es produeix en el fluid. Com que les molècules del fluid també realitzaran moviment tèrmic irregular al mateix temps, la convecció tèrmica sempre va acompanyada de la conductació tèrmica.
En una situació comuna en enginyeria, un fluid flueix a través d'un objecte i genera procés de transferència de calor entre la seva superfície. Aquest fenomen s'anomena procés convectiu de transferència de calor.
La transferència de calor de convecció es divideix en dos tipus: convecció natural i convecció forçada.
La convecció natural és causada per la diferent densitat de les parts fredes i calentes del fluid. Per exemple, l'aire prop del radiador s'escalfa i flueix cap amunt.
La convecció forçada es deu al flux de líquid a causa de la diferència de pressió. Per exemple, l'aigua de refrigeració és conduïda per una bomba d'aigua per fluir en lloc de tenir una diferència de densitat.
La fórmula de càlcul bàsic per a la convecció de calor és la fórmula de refrigeració newtoniana.
El coeficient convectiu de transferència de calor està relacionat amb molts factors en el procés de transferència de calor. Per exemple, les propietats físiques de l'objecte, la posició relativa de la forma i la mida de la superfície d'intercanvi de calor, i el cabal del fluid. En l'anàlisi de convecció, sol ser necessari utilitzar anàlisis teòriques o mètodes experimentals per calcular el coeficient convectiu de transferència de calor a la superfície de l'objecte.
(3) Radiació tèrmica
La forma en què els objectes transfereix energia a través d'ones electromagnètiques es converteix en radiació. Els objectes emeten radiació per diverses raons, entre les quals el fenomen de l'energia radiant emesa per la calor s'anomena radiació tèrmica.
La diferència entre la radiació i els dos primers mètodes de transferència de calor és que els dos primers requereixen la presència de matèria, i la radiació pot transferir energia al buit, i fins i tot la transferència més eficient al buit.
L'enginyeria sol tenir en compte la radiació entre dos o més objectes, i cada objecte del sistema irradia i absorbeix la calor al mateix temps. La transferència neta de calor entre ells es calcula utilitzant l'equació de Stephen Boltzmann.