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 deel van de invallende straling dat door de materie wordt geabsorbeerd. Dit kan worden gekarakteriseerd door directionele, hemisferische, spectrale en totale absorptiecoëfficiënten.

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

Adiabatisch kan de berekening van warmteoverdrachtsnelheden en temperatuurverdelingen vereenvoudigen. Door adiabatische omstandigheden aan te nemen, kan men zich richten 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 vloeistof. Het wordt specifiek geassocieerd met de beweging van een groot aantal moleculen collectief of als aggregaten in de vloeistof. Wanneer er een temperatuurgradiënt is, draagt deze collectieve beweging bij aan de warmte- of massaoverdracht. In de context van warmteoverdracht is advectie synoniem met de bulk vloeistofbeweging die bijdraagt aan de totale warmteoverdracht, naast de willekeurige moleculaire beweging (diffusie).

De afkoelingswet van Newton is een fundamenteel principe in warmteoverdracht. Het stelt dat de snelheid van warmteoverdracht tussen een oppervlak en een vloeistof evenredig is met het temperatuurverschil tussen het oppervlak en de vloeistof. Wiskundig kan het worden uitgedrukt als:

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

Waarbij:

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

Deze wet is essentieel voor het begrijpen van het warmteoverdrachtsproces tussen een oppervlak en een vloeistof, en het biedt een basis voor het analyseren van convectieve warmteoverdracht in verschillende technische toepassingen.

Leer meer over de afkoelingswet van Newton.

Bestraling verwijst naar de stralingsenergie die op een oppervlak per eenheid oppervlakte invalt. Het is gerelateerd aan stralingswarmteoverdracht, omdat het 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 middel van straling. In de context van stralingswarmteoverdracht speelt bestraling een cruciale rol, omdat het de warmte-uitwisseling tussen oppervlakken en de omringende omgeving beïnvloedt.

Het Biot-getal, aangeduid als Bi, is een dimensieloos getal dat een fundamentele rol speelt bij geleidingsproblemen waarbij oppervlakteconvectie-effecten betrokken zijn. Het wordt gedefinieerd als de verhouding tussen de interne thermische weerstand van een vast lichaam en de thermische weerstand aan het vast-vloeistofgrensvlak. 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 in het vaste lichaam ten opzichte van het temperatuurverschil tussen het oppervlak van het vaste lichaam en de vloeistof. Het wordt gebruikt om het belang van convectieve warmteoverdracht ten opzichte van geleidende warmteoverdracht in een gegeven systeem te evalueren.

Condensatie is het proces waarbij een stof verandert van zijn gasvormige toestand naar zijn vloeibare toestand. Het is een cruciaal verschijnsel in warmte- en massaoverdracht, omdat 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 waarbij zowel energietransport door de bulkbeweging van de vloeistof (advectie) als de willekeurige beweging van vloeistofmoleculen (geleiding of diffusie) betrokken is. Het vindt plaats wanneer een vloeistof in beweging in contact komt met een oppervlak met een andere temperatuur, wat resulteert in de overdracht van warmte. De interactie tussen de vloeistof en het oppervlak leidt tot de ontwikkeling van een grenslaag in de vloeistof, waar de snelheid varieert van nul aan het oppervlak tot een eindige waarde die wordt geassocieerd met de stroming.

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

Diffusiviteit is een maatstaf voor hoe snel een stof zich zal verspreiden of diffunderen. Het kan worden gedefinieerd als de evenredigheidsconstante tussen de stroom van een stof en de concentratiegradiënt van die stof. In de context van massaoverdracht verwijst diffusiviteit specifiek naar de snelheid waarmee een bepaalde component binnen een mengsel zich zal verspreiden of diffunderen.

Dynamische viscositeit, aangeduid met het symbool μ, wordt gedefinieerd als de maat voor de weerstand van een vloeistof tegen afschuiving of hoekvervorming. Het kwantificeert de interne wrijving binnen de vloeistof tijdens de stroming en is een belangrijke eigenschap die het gedrag van de vloeistof onder afschuifspanning bepaalt. In de context van een Newtonse vloeistof is de dynamische viscositeit recht evenredig met de afschuifvervorming. Het wordt gemeten in eenheden van [Pa·s] in SI-eenheden. Alternatieve eenheden zijn onder andere [lbm/ft·h] en [lbf·h/ft²].

Het elektromagnetische spectrum omvat alle vormen van elektromagnetische straling, variërend van hoogenergetische gammastralen en röntgenstralen tot ultraviolet (UV) straling, zichtbaar licht en infraroodstraling, tot langere golflengten zoals microgolven en radiogolven. Het omvat golflengten van ongeveer 0,1 tot 100 μm. Dit spectrum is van belang voor verschillende vakgebieden zoals hoogenergiefysica, nucleaire techniek, elektrotechniek en atmosferische wetenschap vanwege de diverse eigenschappen en interacties van de verschillende soorten straling.

Emissie verwijst naar het proces waarbij een materiaal thermische energie in de vorm van straling afgeeft. Deze straling wordt uitgezonden in de vorm van elektromagnetische golven, en de intensiteit en spectrale verdeling van de uitgezonden straling zijn afhankelijk van de temperatuur en eigenschappen van het uitstralende materiaal. Emissie kan worden gekarakteriseerd door parameters zoals totale uitstralingsvermogen, spectraal uitstralingsvermogen, 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. Het vertegenwoordigt de totale interne energie van een systeem, inclusief de hoeveelheid energie die gepaard gaat 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 vloeistof te beschrijven, inclusief de interne energie en de energie die gepaard gaat met de druk en het volume.

Evaporatie is het proces waarbij een vloeistof verandert in een gas of damp. Dit gebeurt wanneer de moleculen van een vloeistof voldoende energie krijgen om zich los te maken van de vloeibare fase en in de gasfase terecht te komen. De energie die nodig is voor verdamping komt meestal uit de omgeving, en het proces leidt tot een koelend effect op de resterende 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 zijn omgeving cruciaal is.

Een faseverandering verwijst naar de overgang van een stof van de ene toestand van materie naar een andere, zoals van vast naar vloeibaar, vloeibaar naar gas, of omgekeerd. Tijdens een faseverandering kan de energie die met de stof is geassocieerd, worden onderverdeeld in voelbare energie, die voornamelijk gerelateerd is aan temperatuurveranderingen, en latente energie (of latente warmte), die geassocieerd is met de faseverandering. Bijvoorbeeld, wanneer een materiaal verandert van vast naar vloeibaar (smelten) of van vloeibaar naar gas (verdamping, verdamping, koken), neemt de latente energie toe. Omgekeerd, wanneer de faseverandering plaatsvindt van gas naar vloeistof (condensatie) of van vloeistof naar vast (stolling, bevriezing), neemt de latente energie af.

Het Fourier-getal, vaak aangeduid als Fo, is een dimensieloos tijdsparameter dat wordt gebruikt om voorbijgaande geleidingsproblemen te karakteriseren. Het wordt gedefinieerd als de verhouding tussen de snelheid van warmtegeleiding binnen een vast lichaam en de snelheid van warmteopslag binnen het vaste lichaam. Wiskundig wordt het uitgedrukt als:

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

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

Het Fourier-getal wordt gebruikt om het relatieve belang van geleiding binnen een vast lichaam gedurende een bepaalde periode te bepalen. Het helpt bij het begrijpen van het gedrag van temperatuurverdeling binnen het vaste lichaam tijdens voorbijgaande geleiding. Bijvoorbeeld, een klein Fourier-getal duidt erop dat het geleidingsproces relatief snel is in vergelijking met de snelheid van warmteopslag, en als gevolg daarvan verandert de temperatuurverdeling binnen het vaste lichaam snel in de tijd. Aan de andere kant suggereert een groot Fourier-getal dat de snelheid van warmteopslag binnen het vaste lichaam aanzienlijk is in vergelijking met de snelheid van warmtegeleiding, wat leidt tot een langzamere verandering in de temperatuurverdeling in de tijd.

Het Froude-getal Fr is een dimensieloos getal dat wordt gebruikt om de invloed van zwaartekracht op de beweging van een vloeistof te kwantificeren. Het wordt gedefinieerd als de verhouding tussen de traagheidskracht en de zwaartekracht en wordt gegeven door de vergelijking:

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

• V de karakteristieke snelheid is
• g de versnelling als gevolg van zwaartekracht is
• L de karakteristieke lengte is

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

Gedwongen convectie is het proces van warmteoverdracht waarbij de vloeistofbeweging wordt veroorzaakt door externe middelen, zoals een ventilator, een pomp of de wind. Een voorbeeld van gedwongen convectie is het gebruik van een ventilator om luchtkoeling te bieden voor hete elektrische componenten op printplaten. Bij gedwongen convectie wordt de stroming aangedreven door externe krachten in plaats van natuurlijke opwaartse krachten.

Bij gedwongen convectiekoken vindt het grootste deel van de warmteoverdracht plaats door directe overdracht van het hete oppervlak naar de vloeistof. Dit is vergelijkbaar met een soort geforceerde convectie in de vloeistoffase, waarbij de vloeistofbeweging wordt veroorzaakt door de opstijgende bellen. Het proces van gedwongen convectiekoken heeft een aanzienlijke invloed op de warmteoverdrachtseigenschappen, 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 het vindt plaats als gevolg van willekeurige atomaire of moleculaire activiteit. Dit type warmteoverdracht wordt beheerst door de wet van Fourier, die de warmtestroom beschrijft in relatie tot de temperatuurverdeling binnen het medium. Geleiding kan plaatsvinden in verschillende scenario's, inclusief stationaire en voorbijgaande geleiding, en in zowel eendimensionale als multidimensionale systemen. Bovendien is geleiding de enige vorm van warmteoverdracht in een medium waarin de temperatuurverdeling wordt beheerst door de warmtediffusievergelijking.

Het Grashof-getal is een dimensieloos getal dat de opwaartse krachten relateert aan de viskeuze krachten in vrije convectie warmteoverdracht. Het wordt gedefinieerd als:

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

Waarbij:

• g de versnelling als gevolg van zwaartekracht is
• β de volumevergrotende coëfficiënt is
• ΔT het temperatuurverschil is tussen het oppervlak en de omringende vloeistof
• L een karakteristieke lengte is
• ν de kinematische viscositeit is

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

Een grenslaag is een dunne vloeistoflaag die zich ontwikkelt nabij een oppervlak wanneer een vloeistof over dat oppervlak stroomt. Het wordt gekarakteriseerd door een geleidelijke overgang in vloeistofsnelheid (snelheidsgrenslaag) en andere eigenschappen, zoals temperatuur (thermische grenslaag), van het oppervlak naar de buitenste vrije stroom. De grenslaag wordt meestal gedefinieerd door zijn dikte, en het is belangrijk bij problemen die convectieoverdracht omvatten.

Een grijs lichaam is een theoretisch concept dat wordt gebruikt bij thermische straling 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 hele elektromagnetische spectrum.

Een ideaal gas is een theoretisch gas dat bestaat uit een groot aantal moleculen zonder volume en zonder aantrekkende krachten tussen hen. 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 de druk, het volume, de temperatuur en het aantal mol gas met elkaar verbindt. 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 vloeistoefeigenschap die wordt gedefinieerd als de verhouding van de dynamische viscositeit, gemeten in [Pa⋅s], tot de massadichtheid, gemeten in [kg/m³]. Het heeft eenheden van [m²/s]. Kinematische viscositeit is een maatstaf voor de weerstand van een vloeistof tegen stroming onder invloed van zwaartekracht en biedt inzicht in de interne wrijving van de vloeistof en het vermogen om te vervormen. In de context van vloeistofdynamica speelt kinematische viscositeit een cruciale rol bij het bepalen van het gedrag van grenslagen, diffusie en de algehele stromingseigenschappen van een vloeistof.

Koken is het proces waarbij verdamping optreedt aan een vast-vloeistofgrensvlak. Dit gebeurt wanneer de temperatuur van het oppervlak de verzadigingstemperatuur overschrijdt die overeenkomt met de vloeistofdruk. Warmte wordt van het vaste oppervlak naar de vloeistof overgedragen, wat leidt tot de vorming van dampbellen die groeien en van het oppervlak loskomen. Koken kan onder verschillende omstandigheden optreden, zoals pool koken, gedwongen convectiekoken, onderkoeld koken, en verzadigd koken, elk met unieke kenmerken. Het kookproces wordt beïnvloed door factoren zoals overtemperatuur, de aard van het oppervlak, thermofysische eigenschappen van de vloeistof en opwaartse krachten.

Laminaire stroming is een type vloeistofstroming waarbij de vloeistof in parallelle lagen beweegt met minimale menging tussen de lagen. Bij laminaire stroming beweegt de vloeistof soepel op een ordelijke manier en blijft de snelheid van de vloeistof op elk punt constant in de tijd. Dit type stroming wordt gekenmerkt door goed gedefinieerde stroomlijnen en lage snelheidsgradiënten van de vloeistof. Laminaire stroming wordt meestal waargenomen bij lagere stroomsnelheden en onderscheidt zich door zijn georganiseerde en voorspelbare gedrag.

Latente warmte verwijst naar de energie die gepaard gaat met een faseverandering van een stof, zoals van vast naar vloeibaar, vloeibaar naar gas, of omgekeerd. Deze energie houdt geen verband met een temperatuurverandering, maar eerder met de verandering van de toestand van de stof. Bijvoorbeeld, wanneer een vloeistof verdampt en verandert in een gas, of wanneer een gas condenseert tot een vloeistof, wordt de energie die betrokken is bij deze faseverandering latente warmte genoemd. Het is belangrijk op te merken dat deze energie niet direct gerelateerd is aan de temperatuur van de stof, maar eerder aan de verandering in de fysieke toestand ervan.

Onderkoeld koken vindt plaats wanneer de temperatuur van het grootste deel van de vloeistof lager is dan de verzadigingstemperatuur. In deze kookmodus kunnen bellen die aan het oppervlak worden gevormd, condenseren in de vloeistof. De warmtestroom bij onderkoeld koken neemt typisch 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 hete oppervlak. De invloed van onderkoeling wordt beschouwd als verwaarloosbaar in het nucleaat kookregime, waar de maximale warmtestroom optreedt. Het proces van onderkoeld koken omvat vrije convectie en menging veroorzaakt door belvorming en -loslating, en het heeft gevolgen voor de warmteoverdrachtscoëfficiënt.

Opwaartse kracht verwijst naar de opwaartse kracht die door een vloeistof wordt uitgeoefend op een object dat erin is ondergedompeld. Deze kracht is het resultaat van het drukverschil tussen de bovenkant en de onderkant van het object, en het is direct gerelateerd aan de dichtheid van de vloeistof. Wanneer een object in een vloeistof wordt geplaatst, verdringt het een deel van de vloeistof, en het gewicht van de verplaatste vloeistof oefent een opwaartse kracht uit op het object, wat bekend staat als de opwaartse kracht.

In de context van vloeistofmechanica speelt opwaartse kracht een belangrijke rol bij het aandrijven van vloeistofbeweging in vrije convectie, waarbij dichtheidsvariaties als gevolg van temperatuurverschillen leiden tot het genereren van opwaartse krachten. Deze krachten veroorzaken de beweging van de vloeistof, wat leidt tot verschijnselen zoals natuurlijke circulatie en warmteoverdracht in verschillende technische en milieutoepassingen.

Pool koken is een proces dat optreedt wanneer de temperatuur van een vast oppervlak de verzadigingstemperatuur overschrijdt die overeenkomt met de vloeistofdruk. Warmte wordt van het vaste oppervlak naar de vloeistof overgedragen, wat leidt tot de vorming van dampbellen die vervolgens van het oppervlak loskomen. Pool koken kan onder verschillende omstandigheden optreden, zoals wanneer de vloeistof in rust is en de beweging nabij het oppervlak te wijten is aan vrije convectie en menging veroorzaakt door de groei en loslating van bellen. Het kan ook worden geclassificeerd als onderkoeld of verzadigd, afhankelijk van de temperatuur van de vloeistof. Bij onderkoeld koken is de temperatuur van de meeste vloeistof lager dan de verzadigingstemperatuur, terwijl bij verzadigd koken de temperatuur van de vloeistof iets hoger is dan de verzadigingstemperatuur.

Het Prandtl-getal, aangeduid als Pr, is een dimensieloos getal dat de verhouding vertegenwoordigt van momentumdiffusiviteit (kinematische viscositeit) tot thermische diffusiviteit in een vloeistof. Het geeft een maat voor de relatieve effectiviteit van momentum- en energieoverdracht door diffusie in respectievelijk de snelheid- en thermische grenslagen. Voor laminaire grenslagen beïnvloedt de waarde van het Prandtl-getal sterk de relatieve groei van de snelheidsgrenslaag en de thermische grenslaag. Specifiek beïnvloedt het Prandtl-getal de relatieve groei van de snelheid- en thermische grenslagen, waarbij hogere Prandtl-getallen leiden tot een grotere groei van de thermische grenslaag in vergelijking met de snelheidgrenslaag.

Reflectie is het proces waarbij invallende straling wordt teruggekaatst van het oppervlak van een materiaal. In de context van stralingswarmteoverdracht speelt reflectie een belangrijke rol bij het bepalen van de hoeveelheid thermische energie die door een materiaal wordt geabsorbeerd. De reflectiviteit van een oppervlak, dat de verhouding is tussen gereflecteerde straling en invallende straling, beïnvloedt de hoeveelheid energie die door het materiaal wordt geabsorbeerd. Een oppervlak met een hoge reflectiviteit zal een groter deel van de invallende straling reflecteren, wat leidt tot een lagere absorptie van thermische energie. Omgekeerd zal een oppervlak met een lage reflectiviteit meer van de invallende straling absorberen, waardoor de thermische energie van het materiaal toeneemt.

Het Reynolds-getal, aangeduid als Re, is een dimensieloos getal dat in de vloeistofmechanica wordt gebruikt om stromingspatronen in verschillende vloeistofstroom situaties te voorspellen. Het vertegenwoordigt de verhouding tussen de traagheidskrachten en de viskeuze krachten binnen een vloeistof. Het Reynolds-getal wordt berekend met behulp van de formule:

$$Re = \frac{ρ · u · L}{μ}$$

Waarbij:

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

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

De samengestelde capacitantie methode is een vereenvoudigde benadering die wordt gebruikt om voorbijgaande geleidingsproblemen te analyseren waarbij een vast lichaam een plotselinge verandering in zijn thermische omgeving ondergaat. De methode gaat ervan uit dat de temperatuur van het vaste lichaam op elk moment tijdens het voorbijgaande proces ruimtelijk uniform is, wat betekent dat temperatuurgradiënten binnen het vaste lichaam als verwaarloosbaar worden beschouwd.

Om de geldigheid van de samengestelde capacitantie methode te bepalen, wordt een criterium gebruikt om te beoordelen of deze methode met redelijke nauwkeurigheid kan worden toegepast. Dit criterium omvat het berekenen van het Biot-getal, dat de convectieve warmteoverdracht aan het oppervlak van het vaste lichaam vergelijkt met de warmtegeleiding binnen het vaste lichaam. Als het Biot-getal kleiner is dan een bepaalde waarde (meestal 0,1), wordt de samengestelde capacitantie 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. Het wordt gedefinieerd als de verhouding van het volume van het vaste lichaam tot het oppervlak, en het vergemakkelijkt de berekening van L_c voor vaste lichamen van verschillende vormen. Bovendien wordt het Fourier-getal, een andere dimensieloze parameter, gebruikt om voorbijgaande geleidingsproblemen te karakteriseren in combinatie met het Biot-getal.

Over het algemeen biedt de samengestelde capacitantie methode een eenvoudige en handige manier om voorbijgaande verwarmings- en koelingsproblemen onder specifieke omstandigheden te analyseren, en wordt deze vaak gebruikt als een eerste benadering voor dergelijke scenario's.

Een snelheidsgrenslaag ontwikkelt zich wanneer er vloeistofstroming over een oppervlak is. Deze grenslaag wordt gekenmerkt door een dunne laag vloeistof waarin snelheidsgradiënten en afschuifspanningen groot zijn, terwijl daarbuiten de snelheidsgradiënten en afschuifspanningen verwaarloosbaar zijn. De dikte van de grenslaag, aangeduid als δ, is de afstand vanaf het oppervlak waarbij de vloeistofsnelheid 0,99 keer de vrije stroomsnelheid bereikt. Naarmate de afstand vanaf de voorrand toeneemt, dringen de effecten van viscositeit verder door in de vrije stroom, waardoor de grenslaag groeit. De snelheidsgrenslaag is van fundamenteel belang bij problemen die convectie transport omvatten en houdt verband met oppervlaktetemperatuur en wrijvings effecten.

Zie thermische straling.

Stralingsintensiteit verwijst naar de directionele verdeling van straling die een oppervlak verlaat of de straling die op een oppervlak invalt vanuit verschillende richtingen. Het wordt wiskundig gedefinieerd met behulp van het bolcoördinatensysteem, waarbij de differentiële ruimtehoek wordt gebruikt om de directionele verdeling van straling te meten. De intensiteit van straling die wordt uitgezonden of op een oppervlak invalt, wordt meestal uitgedrukt in termen van de snelheid waarmee stralingsenergie wordt uitgezonden of invalt bij een specifieke golflengte, richting en per eenheid oppervlakte van het uitstralende of ontvangende oppervlak. Dit concept is cruciaal voor het begrijpen van de directionele effecten van straling en voor het bepalen van de netto radiatieve warmteoverdrachtsnelheid.

Een thermische grenslaag ontwikkelt zich wanneer er een temperatuurverschil is tussen de vrije stroom van de vloeistof en het oppervlak waarover de vloeistof stroomt. Deze grenslaag is fundamenteel voor problemen die warmteoverdracht en convectie transport omvatten. Het is van belang voor ingenieurs vanwege de relatie met oppervlaktetemperatuur, oppervlaktewrijvingseffecten en warmteoverdrachtsnelheden. De dikte van de thermische grenslaag wordt beïnvloed door verschillende factoren, zoals het Prandtl-getal en de afstand vanaf de voorrand van het oppervlak.

Thermische straling verwijst naar de elektromagnetische energie die door materie wordt uitgezonden als gevolg van de temperatuur ervan. Het is geconcentreerd in het spectrale gebied van ongeveer 0,1 tot 100 μm. De emissie van thermische straling wordt geassocieerd met de oscillaties of overgangen van de vele elektronen die materie vormen, die worden aangedreven door de interne energie en temperatuur van de materie. Alle vormen van materie zenden thermische straling uit, en het is een belangrijke 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, energiebalans in oppervlakken en de stralingsbalans van de omgeving, inclusief de impact van zonnestraling op de atmosfeer van de aarde.

Transmissie verwijst naar het proces van het overbrengen van thermische energie als gevolg van een ruimtelijk temperatuurverschil. Telkens wanneer er een temperatuurvariatie binnen een medium of tussen verschillende media is, vindt warmteoverdracht plaats. Deze overdracht van energie kan plaatsvinden door middel van geleiding, convectie, of thermische straling, elk met zijn eigen fysische oorsprong en snelheid vergelijkingen.

Turbulente stroming is een chaotische en ongeordende vloeistofbeweging die wordt gekenmerkt door onregelmatige fluctuaties in snelheid en druk. Het onderscheidt zich door de aanwezigheid van turbulente wervelingen en vortexen, wat leidt tot een vermenging van vloeistofdeeltjes. Bij turbulente stroming worden het transport van momentum, energie en soorten verbeterd door de turbulente vermenging, wat resulteert in verhoogde overdrachtssnelheden. De overgang van laminaire naar turbulente stroming wordt beïnvloed door triggermechanismen zoals natuurlijke stromingsstructuren of verstoringen binnen de vloeistof. Binnen een turbulente grenslaag, kunnen drie gebieden worden afgebakend op basis van de afstand vanaf het oppervlak: een viskeuze onderlaag, een buffervlaag en een turbulente zone. Deze gebieden vertonen verschillende kenmerken in termen van transportmechanismen en snelheidsprofielen.

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

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

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

Vervuilingsfactoren kunnen variëren afhankelijk van de vloeistof en de temperatuur ervan. Bijvoorbeeld, zeewater en behandeld ketelvoedingswater hebben verschillende vervuilingsfactoren op basis van hun temperatuurbereiken. De vervuilingsfactor is een belangrijke overweging bij het ontwerp en de werking van warmtewisselaars, aangezien het de algehele warmteoverdrachtscoëfficiënt en de efficiëntie van het systeem beïnvloedt.

Verzadigd koken vindt plaats wanneer de temperatuur van de vloeistof iets hoger is dan de verzadigingstemperatuur. Bellen die aan het oppervlak worden gevormd, worden vervolgens door opwaartse krachten door de vloeistof voortgestuwd en ontsnappen uiteindelijk aan een vrij oppervlak. Dit type koken wordt gekenmerkt door de aanwezigheid van bellen en de beweging van deze bellen door de vloeistof als gevolg van opwaartse krachten.

Vrije convectie is een vorm van vloeistofbeweging die optreedt binnen een vloeistof als gevolg van opwaartse krachten, zonder enige externe aandrijfomstandigheden. Het ontstaat wanneer een lichaamskracht, meestal zwaartekracht, inwerkt op een vloeistof met dichtheidsgradiënten, wat resulteert in het ontstaan van vrije convectiestromen. Dit type convectie wordt aangedreven door de aanwezigheid van een temperatuurgradiënt, wat leidt tot opwaartse krachten en de ontwikkeling van vrije convectiegrenslagen. Vrije convectie speelt een belangrijke rol in verschillende systemen en toepassingen, en beïnvloedt warmteoverdracht, temperatuurverdelingen en milieuprocessen.

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

De wet van Fourier is een fundamenteel principe dat warmte geleiding beheerst en de relatie uitdrukt tussen de warmtestroom (de snelheid van warmteoverdracht per eenheid oppervlakte) en de temperatuurgradiënt (de snelheid van verandering van temperatuur met afstand) in een materiaal. Het wordt gegeven door de vergelijking:

$$q = -k \nabla T$$

Waarbij:

• q de warmtestroom is [W/m²]
• k de thermische geleidbaarheid van het materiaal is [W/m.K]
• ∇T de temperatuurgradiënt vertegenwoordigt [K/m]

De wet van Fourier geeft aan dat de warmtestroom evenredig is met het negatieve van de temperatuurgradiënt, en het 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 geleidingswarmteoverdracht in verschillende fysieke 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 het aandeel straling dat een oppervlak verlaat en dat door een ander oppervlak wordt onderschept. Zichtfactoren worden gedefinieerd door de geometrie van de oppervlakken en worden gebruikt om de warmteoverdracht door straling tussen oppervlakken te berekenen. Ze zijn belangrijk in de context van thermische straling en spelen een cruciale rol bij het bepalen van de energie-uitwisseling in verschillende technische en fysieke systemen.

Zonnestraling verwijst naar de elektromagnetische straling die door de zon wordt uitgezonden. Het is essentieel voor het in stand houden van het leven op aarde, omdat het de primaire energiebron is voor processen zoals fotosynthese, die voedsel, vezels en brandstof voor mensen levert. Zonnestraling heeft ook het potentieel om aanzienlijke hoeveelheden warmte en elektriciteit te leveren via thermische en fotovoltaïsche processen. De zonnestraling flux aan de buitenkant van de aardatmosfeer is gemeten op 1368 W/m² en varieert afhankelijk van factoren zoals geografische breedtegraad, tijd van de dag en het jaar. Deze straling draagt energie en speelt een cruciale rol bij het bepalen van de temperatuur van het aardoppervlak en de atmosfeer.

Een zwart lichaam is een geïdealiseerd fysiek lichaam dat alle invallende elektromagnetische straling absorbeert, ongeacht de golflengte en richting. Het zendt ook de maximale hoeveelheid straling uit die mogelijk is voor een gegeven temperatuur en golflengte. De straling die door een zwart lichaam wordt uitgezonden, is een functie van golflengte en temperatuur, maar is onafhankelijk van de richting, waardoor het een diffuse emitter is. Geen enkel echt oppervlak heeft precies de eigenschappen van een zwart lichaam, maar het concept van een zwart lichaam dient als standaard waarmee de stralingseigenschappen van echte oppervlakken kunnen worden vergeleken.