Thermische Analyse
Verklarende woordenlijst

Absorptie wordt gedefinieerd als het proces waarbij straling die door materie wordt onderschept, wordt omgezet in interne thermische energie. Het is het aandeel van de invallende straling dat door het materiaal wordt geabsorbeerd. Dit kan worden gekarakteriseerd door directionele, hemisferische, spectrale en totale absorptiecoëfficiënten.

Een adiabatische conditie is een proces of randvoorwaarde waarbij geen warmteoverdracht plaatsvindt. In de context van warmteoverdracht impliceert een adiabatische conditie dat er geen warmte-uitwisseling is tussen het systeem en zijn omgeving. Dit is belangrijk omdat het de analyse van warmteoverdrachtsprocessen onder specifieke omstandigheden mogelijk maakt, zoals wanneer isolatie verhindert dat warmte het systeem binnentreedt of verlaat.

Het aannemen van adiabatische condities kan de berekening van warmteoverdrachtssnelheden en temperatuurverdelingen vereenvoudigen. Door adiabatische condities te beschouwen, kan men zich concentreren op specifieke aspecten van warmteoverdracht — zoals geleiding, convectie of straling — zonder de extra complexiteit van warmte-uitwisseling met de omgeving.

Advectie verwijst naar het transport van een stof door de bulkbeweging van een fluïdum. Het is specifiek geassocieerd met de beweging van een groot aantal moleculen collectief of als aggregaten in het fluïdum. Wanneer er een temperatuurgradiënt aanwezig is, draagt deze collectieve beweging bij aan warmte- of massaoverdracht. In de context van warmteoverdracht is advectie synoniem met de bulkbeweging van het fluïdum die bijdraagt aan de totale warmteoverdracht, naast de willekeurige moleculaire beweging (diffusie).

De afkoelingswet van Newton is een fundamenteel principe in de warmteoverdracht. Ze stelt dat de warmteoverdrachtssnelheid tussen een oppervlak en een fluïdum evenredig is met het temperatuurverschil tussen het oppervlak en het fluïdum. Wiskundig kan dit worden uitgedrukt als:

$$q'' = h \cdot \left( T_s - T_{\infty} \right)$$

Waarbij:

• q'' de warmteflux is [W/m²]
• h de convectieve warmteoverdrachtscoëfficiënt is [W/m²⋅K]
• T_s de oppervlaktetemperatuur is [K]
• T_∞ de fluïdumtemperatuur ver van het oppervlak is [K]

Deze wet is essentieel voor het begrijpen van het warmteoverdrachtsproces tussen een oppervlak en een fluïdum, en ze vormt de basis voor de analyse van convectieve warmteoverdracht in diverse engineeringtoepassingen.

Lees meer over de afkoelingswet van Newton.

Het Biot-getal, aangeduid als Bi, is een dimensieloos kengetal dat een fundamentele rol speelt bij geleidingsproblemen met oppervlakteconvectie-effecten. Het wordt gedefinieerd als de verhouding van de interne thermische weerstand van een vast lichaam tot de thermische weerstand aan het vast stof-fluïdum grensvlak. Wiskundig wordt het uitgedrukt als:

$$Bi = \frac{h L}{k}$$

Waarbij:

• h de convectieve warmteoverdrachtscoëfficiënt is [W/m².K]
• L een karakteristieke lengte is (zoals de dikte van het vaste lichaam) [m]
• k de thermische geleidbaarheid van het vaste lichaam is [W/m.K]

Het Biot-getal geeft een maat voor de temperatuurdaling binnen het vaste lichaam ten opzichte van het temperatuurverschil tussen het oppervlak van het lichaam en het omringende fluïdum. Het wordt gebruikt om het belang van convectieve warmteoverdracht te evalueren in vergelijking met conductieve warmteoverdracht in een gegeven systeem.

Bestraling verwijst naar de stralingsenergie die per oppervlakte-eenheid op een oppervlak invalt. Ze is gerelateerd aan de stralingsoverdracht van warmte, aangezien ze bepaalt hoeveel straling door een oppervlak wordt geabsorbeerd. De bestraling die een oppervlak ontvangt, beïnvloedt de snelheid waarmee het oppervlak thermische energie wint of verliest door straling. In de context van stralingsoverdracht speelt bestraling een cruciale rol omdat ze de warmte-uitwisseling tussen oppervlakken en de omgeving beïnvloedt.

Condensatie is het proces waarbij een stof overgaat van gasvormige naar vloeibare toestand. Het is een cruciaal fenomeen in warmte- en massaoverdracht, aangezien het de overdracht van thermische energie (warmte) en de overdracht van massa van de dampfase naar de vloeistoffase omvat.

Convectie verwijst naar de vorm van warmteoverdracht die zowel energietransport door de bulkbeweging van het fluïdum (advectie) als de willekeurige beweging van fluïdummoleculen (geleiding of diffusie) omvat. Het treedt op wanneer een bewegend fluïdum in contact komt met een oppervlak op een andere temperatuur, wat resulteert in warmteoverdracht. De interactie tussen het fluïdum en het oppervlak leidt tot de ontwikkeling van een grenslaag in het fluïdum, waarin de snelheid varieert van nul aan het oppervlak tot een eindige waarde in de vrije stroming.

Lees meer over warmteoverdracht door convectie.

Diffusie is de verplaatsing van moleculen van een gebied met hoge concentratie naar een gebied met lage concentratie. Het is een proces waarbij moleculen zich verspreiden en mengen met andere moleculen door hun willekeurige beweging. In de context van massaoverdracht verwijst diffusie naar de verplaatsing van een component binnen een mengsel als gevolg van een concentratieverschil. Dit proces wordt beheerst door de wet van Fick, die de diffusieve flux van een component beschrijft in termen van de concentratiegradiënt en de binaire diffusiecoëfficiënt.

Diffusiviteit is een maat voor hoe snel een stof zich verspreidt of diffundeert. Ze kan worden gedefinieerd als de evenredigheidsconstante tussen de flux van een stof en de concentratiegradiënt. In de context van massaoverdracht verwijst diffusiviteit specifiek naar de snelheid waarmee een bepaalde component binnen een mengsel zich verspreidt of diffundeert.

Dynamische viscositeit, aangeduid met het symbool μ, wordt gedefinieerd als de maat voor de weerstand van een fluïdum tegen afschuiving of hoekvervorming. Ze kwantificeert de interne wrijving binnen het fluïdum tijdens stroming en is een sleuteleigenschap die bepaalt hoe het fluïdum zich gedraagt onder schuifspanning. In de context van een Newtons fluïdum is de dynamische viscositeit rechtevenredig met de schuifvervorming. Ze wordt gemeten in eenheden van [Pa·s] in het SI-systeem. Alternatieve eenheden zijn [lbm/ft·h] en [lbf·h/ft²].

Het elektromagnetisch spectrum omvat alle vormen van elektromagnetische straling, variërend van hoogenergetische gammastraling en röntgenstraling tot ultraviolette (UV) straling, zichtbaar licht en infraroodstraling, tot langere golflengten zoals microgolven en radiogolven. Het bestrijkt golflengten van ongeveer 0,1 tot 100 μm. Dit spectrum is van belang in diverse vakgebieden zoals hoge-energiefysica, nucleaire techniek, elektrotechniek en atmosferische wetenschappen vanwege de uiteenlopende eigenschappen en interacties van de verschillende soorten straling.

Emissie verwijst naar het proces waarbij een materiaal thermische energie uitzendt in de vorm van straling. Deze straling wordt uitgezonden als elektromagnetische golven, en de intensiteit en spectrale verdeling van de uitgezonden straling zijn afhankelijk van de temperatuur en de eigenschappen van het uitstralende materiaal. Emissie kan worden gekarakteriseerd door parameters zoals totaal emissievermogen, spectraal emissievermogen, emissiviteit en directionele emissiviteit, die de hoeveelheid en kenmerken van de door een oppervlak uitgezonden straling beschrijven.

Enthalpie H is een thermodynamische eigenschap van een systeem. Ze vertegenwoordigt de totale interne energie van een systeem, inclusief de hoeveelheid energie geassocieerd met de druk en het volume van het systeem. Enthalpie wordt gedefinieerd als H = U + PV, waarbij U de interne energie van het systeem is, P de druk en V het volume. In de context van vloeistofmechanica en warmteoverdracht wordt enthalpie vaak gebruikt om de totale energie van een fluïdum te beschrijven, inclusief zowel de interne energie als de energie geassocieerd met druk en volume.

Een faseovergang verwijst naar de overgang van een stof van de ene aggregatietoestand naar de andere, zoals van vast naar vloeibaar, vloeibaar naar gasvormig, of omgekeerd. Tijdens een faseovergang kan de energie geassocieerd met de stof worden onderverdeeld in voelbare energie, die voornamelijk verband houdt met temperatuurveranderingen, en latente energie (of latente warmte), die gepaard gaat met de faseovergang.

Wanneer bijvoorbeeld een materiaal overgaat van vast naar vloeibaar (smelten) of van vloeibaar naar gasvormig (verdamping, evaporatie, koken), neemt de latente energie toe. Omgekeerd, wanneer de faseovergang plaatsvindt van gasvormig naar vloeibaar (condensatie) of van vloeibaar naar vast (stollen, bevriezen), neemt de latente energie af.

Het Fourier-getal, vaak aangeduid als Fo, is een dimensieloze tijdsparameter die wordt gebruikt om transiënte geleidingsproblemen te karakteriseren. Het wordt gedefinieerd als de verhouding van de warmtegeleidingssnelheid binnen een vaste stof tot de snelheid van thermische energieopslag binnen die vaste stof. Wiskundig wordt het uitgedrukt als:

$$Fo = \frac{\alpha \cdot t}{L^2}$$

• α is de thermische diffusiviteit van de vaste stof
• t is de tijd
• L is een karakteristieke lengte van de vaste stof

Het Fourier-getal wordt gebruikt om het relatieve belang van geleiding binnen een vaste stof over een bepaalde tijdsperiode te bepalen. Het helpt bij het begrijpen van het gedrag van de temperatuurverdeling binnen de vaste stof tijdens transiënte geleiding. Een klein Fourier-getal geeft aan dat het geleidingsproces relatief snel verloopt ten opzichte van de snelheid van warmteopslag, wat resulteert in een snel veranderende temperatuurverdeling. Omgekeerd suggereert een groot Fourier-getal dat de snelheid van warmteopslag binnen de vaste stof significant is vergeleken met de snelheid van warmtegeleiding, wat leidt tot een tragere verandering van de temperatuurverdeling in de tijd.

Het Froude-getal (Fr) is een dimensieloos kengetal dat wordt gebruikt om de invloed van de zwaartekracht op fluïdumbeweging te kwantificeren. Het wordt gedefinieerd als de verhouding van traagheidskrachten tot zwaartekrachten en wordt gegeven door de vergelijking:

$$Fr = \frac{V}{\sqrt{gL}}$$

• V is de karakteristieke snelheid [m/s]
• g is de zwaartekrachtversnelling [m/s²]
• L is de karakteristieke lengte [m]

In de context van fluïdumstroming is het Froude-getal bijzonder belangrijk bij de analyse van open kanaalstroming en bij het bepalen van het type stromingsregime, zoals subkritische, kritische of superkritische stroming.

Geforceerde convectie is het warmteoverdrachtsproces waarbij de fluïdumbeweging wordt veroorzaakt door externe middelen, zoals een ventilator, een pomp of wind. Een voorbeeld van geforceerde convectie is het gebruik van een ventilator voor luchtkoeling van warme elektronische componenten op printplaten. Bij geforceerde convectie wordt de stroming aangedreven door externe krachten in plaats van door natuurlijke opwaartse krachten.

Bij geforceerd convectief koken vindt het merendeel van de warmteoverdracht plaats door directe overdracht van het hete oppervlak naar de vloeistof. Dit is vergelijkbaar met een vorm van geforceerde convectie in de vloeistoffase, waarbij fluïdumbeweging wordt geïnduceerd door de opstijgende dampbellen. Het proces van geforceerd convectief koken beïnvloedt de warmteoverdrachtskenmerken aanzienlijk, en correlaties worden gebruikt om deze effecten te begrijpen en te voorspellen.

Geleiding is de overdracht van energie binnen een medium als gevolg van een temperatuurgradiënt, en vindt plaats door willekeurige atomaire of moleculaire activiteit. Dit type warmteoverdracht wordt beheerst door de wet van Fourier, die de warmteflux beschrijft in relatie tot de temperatuurverdeling binnen het medium. Geleiding kan optreden in diverse scenario's, waaronder stationaire en transiënte geleiding, en in zowel eendimensionale als meerdimensionale systemen. Bovendien is geleiding de enige vorm van warmteoverdracht in een medium waarin de temperatuurverdeling wordt beheerst door de warmtediffusievergelijking.

Lees meer over warmteoverdracht door geleiding.

Het Grashof-getal is een dimensieloos kengetal dat de verhouding weergeeft tussen opwaartse krachten en viskeuze krachten bij vrije convectie warmteoverdracht. Het wordt gedefinieerd als:

$$Gr = \frac{g \cdot \beta \cdot \Delta T \cdot L^3}{\nu^2}$$

Waarbij:

• g de zwaartekrachtversnelling is
• β de volumetrische uitzettingscoëfficiënt is
• ΔT het temperatuurverschil is tussen het oppervlak en het omringende fluïdum
• L een karakteristieke lengte is
• ν de kinematische viscositeit is

Het Grashof-getal speelt een cruciale rol bij vrije convectie, vergelijkbaar met de rol van het Reynolds-getal bij geforceerde convectie. Het is een maat voor de invloed van opwaartse krachten op het warmteoverdrachtsproces.

Een grenslaag is een dunne laag fluïdum die zich nabij een oppervlak ontwikkelt wanneer een fluïdum over dat oppervlak stroomt. Ze wordt gekenmerkt door een geleidelijke overgang in fluïdumsnelheid (snelheidsgrenslaag) en andere eigenschappen, zoals temperatuur (thermische grenslaag), van het oppervlak naar de vrije stroming. De grenslaag wordt doorgaans gedefinieerd door haar dikte en is van belang bij problemen met convectieve warmteoverdracht.

Een grijs lichaam is een theoretisch concept dat wordt gebruikt in warmtestraling en warmteoverdracht. Het verwijst naar een oppervlak dat straling uitzendt en absorbeert met een emissiviteit en absorptiviteit die onafhankelijk zijn van de golflengte van de straling. Dit betekent dat een grijs lichaam straling even goed uitzendt en absorbeert bij alle golflengten — met andere woorden, het heeft een constante emissiviteit en absorptiviteit over het gehele elektromagnetische spectrum.

Een ideaal gas is een theoretisch gas bestaande uit een groot aantal moleculen die geen volume hebben en geen intermoleculaire krachten ondervinden. In een ideaal gas zijn de moleculen in constante, willekeurige beweging en ondergaan ze perfect elastische botsingen met elkaar en met de wanden van de container. Het gedrag van een ideaal gas wordt beschreven door de ideale gaswet, die druk, volume, temperatuur en het aantal mol gas relateert. Deze wet wordt weergegeven door de vergelijking:

$$P V = n R T$$

Waarbij:

• P de druk is
• V het volume is
• n het aantal mol is
• R de ideale gasconstante is
• T de temperatuur is

Kinematische viscositeit, aangeduid met het symbool ν, is een fluïdumeigenschap gedefinieerd als de verhouding van de dynamische viscositeit (gemeten in [Pa·s]) tot de massadichtheid ρ (gemeten in [kg/m³]). Ze heeft eenheden van [m²/s]. Kinematische viscositeit is een maat voor de weerstand van een fluïdum tegen stroming onder invloed van de zwaartekracht en geeft inzicht in de interne wrijving en het vermogen tot vervorming van het fluïdum. In de context van vloeistofdynamica speelt de kinematische viscositeit een cruciale rol bij het bepalen van het gedrag van grenslagen, diffusie en de algehele stromingskenmerken van een fluïdum.

Koken is het proces waarbij verdamping plaatsvindt aan een vast stof-vloeistof grensvlak. Het treedt op wanneer de temperatuur van het oppervlak de verzadigingstemperatuur overeenkomend met de vloeistofdruk overschrijdt. Warmte wordt overgedragen van het vaste oppervlak naar de vloeistof, waardoor dampbellen worden gevormd die groeien en loskomen van het oppervlak. Koken kan optreden onder diverse omstandigheden, zoals poolkoken, geforceerd convectief koken, onderkoeld koken en verzadigd koken, elk met onderscheidende kenmerken. Het kookproces wordt beïnvloed door factoren zoals oververhitting (temperatuuroverschrijding), oppervlakte-eigenschappen, de thermofysische eigenschappen van de vloeistof en opwaartse krachten.

Laminaire stroming is een type fluïdumstroming waarbij het fluïdum in evenwijdige lagen beweegt met minimale menging ertussen. Bij laminaire stroming stroomt het fluïdum soepel en ordelijk, en de snelheid van het fluïdum op elk punt blijft constant in de tijd. Dit type stroming wordt gekenmerkt door goed gedefinieerde stroomlijnen en lage snelheidsgradiënten binnen het fluïdum. Laminaire stroming treedt doorgaans op bij lagere stromingssnelheden en onderscheidt zich door haar georganiseerd en voorspelbaar gedrag.

Latente warmte verwijst naar de energie die gepaard gaat met een faseovergang van een stof, zoals van vast naar vloeibaar, vloeibaar naar gasvormig, of omgekeerd. Deze energie is niet gerelateerd aan een temperatuurverandering maar aan de verandering in de fysische toestand van de stof. Wanneer bijvoorbeeld een vloeistof verdampt en in een gas verandert, of wanneer een gas condenseert tot een vloeistof, wordt de energie die bij deze faseovergang betrokken is latente warmte genoemd. Het is belangrijk op te merken dat deze energie niet rechtstreeks gerelateerd is aan de temperatuur van de stof, maar aan de transformatie in haar fysische toestand.

De lumped capacitance methode is een vereenvoudigde benadering die wordt gebruikt om transiënte geleidingsproblemen te analyseren waarbij een vast lichaam een plotselinge verandering in zijn thermische omgeving ondergaat. De methode veronderstelt dat de temperatuur binnen het vaste lichaam op elk moment tijdens het transiënte proces ruimtelijk uniform is, wat betekent dat temperatuurgradiënten binnenin het lichaam als verwaarloosbaar worden beschouwd.

Om de geldigheid van de lumped capacitance methode te bepalen, wordt een criterium gebruikt om te beoordelen of de methode met redelijke nauwkeurigheid kan worden toegepast. Dit criterium omvat het berekenen van het Biot-getal, dat de convectieve warmteoverdracht aan het oppervlak van de vaste stof vergelijkt met de conductieve warmteoverdracht binnenin de vaste stof. Als het Biot-getal kleiner is dan een bepaalde drempelwaarde (doorgaans 0,1), wordt de lumped capacitance methode als geldig beschouwd voor het gegeven probleem.

De karakteristieke lengte, aangeduid als L_c, speelt een cruciale rol bij het bepalen van de geldigheid van de methode. Ze wordt gedefinieerd als de verhouding van het volume van de vaste stof tot het oppervlak en vergemakkelijkt de berekening van L_c voor vaste stoffen van uiteenlopende vormen. Daarnaast wordt het Fourier-getal, een andere dimensieloze parameter, samen met het Biot-getal gebruikt om transiënte geleidingsproblemen te karakteriseren.

Over het geheel genomen biedt de lumped capacitance methode een eenvoudige en handige manier om transiënte verwarmings- en afkoelingsproblemen onder specifieke omstandigheden te analyseren en wordt ze vaak gebruikt als eerste benadering voor dergelijke scenario's.

Onderkoeld koken treedt op wanneer de temperatuur van de bulkvloeistof lager is dan de verzadigingstemperatuur. In deze kookmodus kunnen bellen die aan het oppervlak worden gevormd, condenseren in de vloeistof. De warmteflux bij onderkoeld koken neemt doorgaans toe als $\left( T_s - T_l\right)^n$ of $\left( \Delta T_e + \Delta T_{sub} \right)^n$, waarbij 5/4 ≤ n ≤ 4/3, afhankelijk van de geometrie van het verwarmde oppervlak. Het effect van onderkoeling wordt over het algemeen als verwaarloosbaar beschouwd in het nucleaat kookregime, waar de maximale warmteflux optreedt. Het onderkoeld kookproces omvat natuurlijke convectie en menging geïnduceerd door belvorming en -loskomen, en het beïnvloedt de warmteoverdrachtscoëfficiënt aanzienlijk.

Opwaartse kracht verwijst naar de opwaarts gerichte kracht die een fluïdum uitoefent op een ondergedompeld object. Deze kracht is het gevolg van het drukverschil tussen de boven- en onderkant van het object en is rechtstreeks gerelateerd aan de dichtheid van het fluïdum. Wanneer een object in een fluïdum wordt geplaatst, verdringt het een deel van dat fluïdum, en het gewicht van het verdrongen fluïdum oefent een opwaartse kracht uit op het object — dit wordt de opwaartse kracht of drijfkracht genoemd.

In de context van vloeistofmechanica spelen opwaartse krachten een belangrijke rol bij het aandrijven van fluïdumbeweging tijdens vrije convectie, waarbij dichtheidsvariaties als gevolg van temperatuurverschillen tot opwaartse krachten leiden. Deze krachten drijven de beweging van het fluïdum aan, wat resulteert in fenomenen zoals natuurlijke circulatie en warmteoverdracht in diverse engineering- en milieutoepassingen.

Poolkoken is een proces dat optreedt wanneer de temperatuur van een vast oppervlak de verzadigingstemperatuur overeenkomend met de fluïdumdruk overschrijdt. Warmte wordt overgedragen van het vaste oppervlak naar de vloeistof, waardoor dampbellen worden gevormd die vervolgens loskomen van het oppervlak.

Poolkoken treedt doorgaans op onder omstandigheden waarbij de vloeistof stilstaat, en de beweging nabij het oppervlak het gevolg is van natuurlijke convectie en menging veroorzaakt door de groei en het loskomen van bellen. Het kan worden geclassificeerd als onderkoeld of verzadigd, afhankelijk van de temperatuur van de vloeistof. Bij onderkoeld koken bevindt het merendeel van de vloeistof zich onder de verzadigingstemperatuur, terwijl bij verzadigd koken de vloeistoftemperatuur iets boven de verzadigingstemperatuur ligt.

Het Prandtl-getal, aangeduid als Pr, is een dimensieloos kengetal dat de verhouding weergeeft van impulsdiffusiviteit (kinematische viscositeit) tot thermische diffusiviteit in een fluïdum. Het biedt een maat voor de relatieve effectiviteit van impuls- en energieoverdracht door diffusie in respectievelijk de snelheids- en thermische grenslagen.

In laminaire grenslagen beïnvloedt de waarde van het Prandtl-getal de relatieve dikte van de snelheidsgrenslagen en de thermische grenslagen aanzienlijk. Het Prandtl-getal beïnvloedt met name de relatieve groei van de snelheids- en thermische lagen: hogere Prandtl-getallen leiden tot een grotere ontwikkeling van de thermische grenslaag ten opzichte van de snelheidsgrenslaag.

Reflectie is het proces waarbij invallende straling wordt teruggekaatst door het oppervlak van een materiaal. In de context van stralingsoverdracht speelt reflectie een belangrijke rol bij het bepalen van de hoeveelheid thermische energie die door een materiaal wordt geabsorbeerd. De reflectiviteit van een oppervlak — gedefinieerd als de verhouding van gereflecteerde straling tot invallende straling — beïnvloedt hoeveel energie door het materiaal wordt geabsorbeerd. Een oppervlak met hoge reflectiviteit kaatst een groter deel van de invallende straling terug, wat resulteert in lagere absorptie van thermische energie. Omgekeerd absorbeert een oppervlak met lage reflectiviteit meer van de invallende straling, waardoor de thermische energie van het materiaal toeneemt.

Het Reynolds-getal, aangeduid als Re, is een dimensieloze grootheid die in de vloeistofmechanica wordt gebruikt om stromingspatronen in verschillende stromingssituaties te voorspellen. Het vertegenwoordigt de verhouding van traagheidskrachten tot viskeuze krachten binnen een fluïdum. Het Reynolds-getal wordt berekend met de formule:

$$Re = \frac{ρ · u · L}{μ}$$

Waarbij:

• ρ de dichtheid van het fluïdum is [kg/m³]
• u de snelheid van het fluïdum is [m/s]
• L een karakteristieke lengte is (zoals de diameter van een buis of de afstand vanaf de voorrand bij stroming over een vlakke plaat) [m]
• μ de dynamische viscositeit van het fluïdum is [Pa·s]

Wanneer het Reynolds-getal laag is, domineren viskeuze krachten en blijft de stroming laminair. Omgekeerd, wanneer het Reynolds-getal hoog is, domineren traagheidskrachten, wat leidt tot turbulente stroming. De kritische waarde waarbij de overgang van laminaire naar turbulente stroming optreedt, varieert afhankelijk van de specifieke stromingssituatie.

Een snelheidsgrenslaag ontwikkelt zich wanneer een fluïdum over een oppervlak stroomt. Deze grenslaag wordt gekenmerkt door een dunne zone van het fluïdum waar snelheidsgradiënten en schuifspanningen significant zijn, terwijl buiten deze zone snelheidsgradiënten en schuifspanningen verwaarloosbaar zijn. De dikte van de grenslaag, aangeduid als δ, is de afstand vanaf het oppervlak waarop de fluïdumsnelheid 99% van de vrije-stromingssnelheid bereikt. Naarmate de afstand vanaf de voorrand toeneemt, dringen de effecten van viscositeit verder door in de vrije stroming, waardoor de grenslaag groeit. De snelheidsgrenslaag is van fundamenteel belang bij problemen met convectief transport en is gerelateerd aan oppervlaktetemperatuur- en wrijvingseffecten.

Zie Warmtestraling.

Stralingsintensiteit verwijst naar de directionele verdeling van straling die een oppervlak verlaat of vanuit diverse richtingen op een oppervlak invalt. Ze wordt wiskundig gedefinieerd met behulp van het sferische coördinatensysteem, waarbij de differentiële ruimtehoek wordt gebruikt om de directionele verdeling van straling te meten. De intensiteit van de straling die door een oppervlak wordt uitgezonden of ontvangen, wordt doorgaans uitgedrukt in termen van de snelheid waarmee stralingsenergie wordt uitgezonden of invalt bij een specifieke golflengte, in een specifieke richting en per oppervlakte-eenheid van het uitzendende of ontvangende oppervlak. Dit concept is cruciaal voor het begrijpen van de directionele effecten van straling en voor het bepalen van de netto stralingsoverdrachtssnelheid.

Een thermische grenslaag ontwikkelt zich wanneer er een temperatuurverschil bestaat tussen de vrije stroming van het fluïdum en het oppervlak waarover het fluïdum stroomt. Deze grenslaag is fundamenteel bij problemen met warmteoverdracht en convectief transport. Ze is van belang voor ingenieurs vanwege haar relatie met oppervlaktetemperatuur, oppervlaktewrijvingseffecten en warmteoverdrachtssnelheden. De dikte van de thermische grenslaag wordt beïnvloed door diverse factoren, zoals het Prandtl-getal en de afstand vanaf de voorrand van het oppervlak.

Transmissie verwijst naar het proces van overdracht van thermische energie als gevolg van een ruimtelijk temperatuurverschil. Telkens wanneer er een temperatuurvariatie bestaat binnen een medium of tussen verschillende media, treedt warmteoverdracht op. Deze energieoverdracht kan plaatsvinden door geleiding, convectie of warmtestraling, elk beheerst door eigen fysische principes en snelheidsvergelijkingen.

Turbulente stroming is een chaotische en ongeordende fluïdumbeweging gekenmerkt door onregelmatige fluctuaties in snelheid en druk. Ze wordt onderscheiden door de aanwezigheid van turbulente wervels en vortices, wat leidt tot menging van fluïdumdeeltjes. Bij turbulente stroming wordt het transport van impuls, energie en stoffen versterkt door turbulente menging, wat resulteert in verhoogde overdrachtssnelheden.

De overgang van laminaire naar turbulente stroming wordt beïnvloed door triggermechanismen zoals natuurlijke stromingsstructuren of verstoringen binnen het fluïdum. Binnen een turbulente grenslaag kunnen drie zones worden geïdentificeerd op basis van de afstand tot het oppervlak: een viskeuze sublaag, een bufferlaag en een turbulente kern. Deze zones vertonen verschillende kenmerken wat betreft transportmechanismen en snelheidsprofielen.

Verdamping is het proces waarbij een vloeistof overgaat in een gas of damp. Dit treedt op wanneer de moleculen in een vloeistof voldoende energie verkrijgen om los te komen van de vloeistoffase en de gasfase te betreden. De energie die nodig is voor verdamping komt doorgaans uit de omgeving, en het proces resulteert in een afkoelend effect op de overblijvende vloeistof. In de context van warmte- en massaoverdracht is verdamping een belangrijk aspect van processen zoals verdampingskoeling, waarbij de overdracht van energie en massa tussen een vloeistof en haar omgeving cruciaal is.

Verdamping is de omzetting van een stof van een vloeibare of vaste toestand naar een damp- of gasfase. Dit kan optreden door koken, wat snelle verdamping is die plaatsvindt bij het kookpunt van de vloeistof, of door evaporatie, een trager proces dat plaatsvindt aan het oppervlak van een vloeistof onder haar kookpunt.

Vervuiling verwijst naar de ophoping van ongewenst materiaal op vaste oppervlakken, met name in warmtewisselaars. Deze ophoping kan de efficiëntie van warmteoverdracht verminderen en de weerstand tegen fluïdumstroming verhogen, wat leidt tot verminderde prestaties van de warmtewisselaar. Vervuiling kan worden veroorzaakt door diverse factoren, zoals afzetting van vaste stoffen, neerslaan van opgeloste zouten, biologische groei of chemische reacties. Het is een veelvoorkomend probleem in industriële processen en kan worden beperkt door regelmatige reiniging en onderhoud van warmtewisselaaroppervlakken.

De vervuilingsfactor, aangeduid als R_f, is een maat voor de weerstand tegen warmteoverdracht veroorzaakt door de ophoping van afzettingen op een warmteoverdrachtoppervlak. Ze vertegenwoordigt de extra thermische weerstand als gevolg van vervuiling en wordt doorgaans uitgedrukt in [m² · K/W]. Hogere vervuilingsfactoren duiden op grotere weerstand tegen warmteoverdracht als gevolg van vervuiling.

Vervuilingsfactoren kunnen variëren afhankelijk van het fluïdum en de temperatuur. Zo hebben zeewater en behandeld ketelvoedingswater verschillende vervuilingsfactoren op basis van hun temperatuurbereik. De vervuilingsfactor is een belangrijke overweging bij het ontwerp en de exploitatie van warmtewisselaars, aangezien ze de totale warmteoverdrachtscoëfficiënt en de systeemefficiëntie beïnvloedt.

Verzadigd koken treedt op wanneer de temperatuur van de vloeistof iets boven de verzadigingstemperatuur ligt. Bellen die aan het oppervlak worden gevormd, worden vervolgens door opwaartse krachten door de vloeistof gestuwd en ontsnappen uiteindelijk aan een vrij oppervlak. Dit type koken wordt gekenmerkt door de aanwezigheid van bellen en hun beweging door de vloeistof als gevolg van opwaartse krachten.

Natuurlijke convectie is een type fluïdumbeweging dat binnen een fluïdum optreedt als gevolg van opwaartse kracht, zonder externe aandrijving. Het ontstaat wanneer een lichaamskracht — doorgaans zwaartekracht — inwerkt op een fluïdum met dichtheidsgradiënten, wat leidt tot de ontwikkeling van vrije convectiestromingen. Dit type convectie wordt aangedreven door de aanwezigheid van een temperatuurgradiënt, die opwaartse krachten en de vorming van vrije convectiegrenslagen veroorzaakt. Natuurlijke convectie speelt een belangrijke rol in diverse systemen en toepassingen, waarbij ze warmteoverdracht, temperatuurverdelingen en milieuprocessen beïnvloedt.

Warmteflux, aangeduid met het symbool q'', is de warmteoverdrachtssnelheid per oppervlakte-eenheid. Het is een maat voor de hoeveelheid thermische energie die per tijdseenheid door een oppervlak gaat. Wiskundig wordt het gedefinieerd als de warmteoverdracht per tijdseenheid per oppervlakte-eenheid en wordt uitgedrukt in eenheden van watt per vierkante meter [W/m²].

Warmtestraling verwijst naar de elektromagnetische energie die door materie wordt uitgezonden als gevolg van haar temperatuur. Ze is geconcentreerd in het spectrale bereik van ongeveer 0,1 tot 100 μm. De emissie van warmtestraling is geassocieerd met de oscillaties of overgangen van de vele elektronen waaruit materie bestaat, aangedreven door de interne energie en temperatuur van het materiaal. Alle vormen van materie zenden warmtestraling uit, en het is een significante factor bij de overdracht van warmte-energie tussen oppervlakken en hun omgeving. Dit proces is cruciaal voor het begrijpen van de afkoeling van hete vaste stoffen, de energiebalans aan oppervlakken en de stralingsbalans van de omgeving — inclusief de impact van zonnestraling op de atmosfeer van de aarde.

Lees meer over warmteoverdracht door warmtestraling.

De wet van Fourier is een fundamenteel principe dat warmtegeleiding beheerst en het verband beschrijft tussen warmteflux (de warmteoverdrachtssnelheid per oppervlakte-eenheid) en de temperatuurgradiënt (de snelheid van temperatuurverandering met de afstand) in een materiaal. Ze wordt gegeven door de vergelijking:

$$q = -k \nabla T$$

Waarbij:

• q de warmteflux is [W/m²]
• k de thermische geleidbaarheid van het materiaal is [W/m·K]
• ∇T de temperatuurgradiënt voorstelt [K/m]

De wet van Fourier stelt dat de warmteflux evenredig is met het negatieve van de temperatuurgradiënt, en ze is van toepassing op alle vormen van materie, inclusief vaste stoffen, vloeistoffen en gassen. De wet biedt een middel om de warmteoverdracht binnen een materiaal te berekenen op basis van de temperatuurverdeling en is essentieel voor het begrijpen en analyseren van conductieve warmteoverdracht in diverse fysische systemen.

Zichtfactoren, ook bekend als configuratie- of vormfactoren, zijn een concept dat wordt gebruikt om de uitwisseling van straling tussen oppervlakken te kwantificeren. Ze vertegenwoordigen de fractie van straling die een oppervlak verlaat en door een ander oppervlak wordt onderschept. Zichtfactoren worden bepaald door de geometrie van de oppervlakken en worden gebruikt om de stralingsoverdracht van warmte ertussen te berekenen. Ze zijn van belang in de context van warmtestraling en spelen een cruciale rol bij het bepalen van de energie-uitwisseling in diverse engineering- en fysische systemen.

Zonnestraling verwijst naar de elektromagnetische straling die door de zon wordt uitgezonden. Ze is essentieel voor het in stand houden van leven op aarde, aangezien ze de primaire energiebron vormt voor processen zoals fotosynthese, die voedsel, vezels en brandstof levert voor de mens. Zonnestraling heeft ook het potentieel om aanzienlijke hoeveelheden warmte en elektriciteit te leveren via thermische en fotovoltaïsche processen. De zonnestralingflux aan de buitenrand van de atmosfeer van de aarde bedraagt 1368 W/m², en ze varieert afhankelijk van factoren zoals geografische breedtegraad, tijdstip van de dag en seizoen. Deze straling draagt energie over en speelt een cruciale rol bij het bepalen van de temperatuur van het aardoppervlak en de atmosfeer.

Een zwart lichaam is een geïdealiseerd fysisch object dat alle invallende elektromagnetische straling absorbeert, ongeacht golflengte en richting. Het zendt tevens de maximale hoeveelheid straling uit die mogelijk is bij een gegeven temperatuur en golflengte. De straling uitgezonden door een zwart lichaam is een functie van golflengte en temperatuur, maar is onafhankelijk van de richting, waardoor het een diffuse emitter is. Geen enkel reëel oppervlak vertoont exact de eigenschappen van een zwart lichaam, maar het concept dient als referentiestandaard waartegen de stralingskenmerken van reële oppervlakken worden vergeleken.