На първо място, трябва да знаем, че преносът на топлина се дължи на температурната разлика вътре или между обектите. Ако няма външна входна мощност, съгласно втория закон на термодинамиката, топлината винаги се прехвърля автоматично от място с висока температура към място с по-ниска температура.
Има три основни начина на пренос на топлина: топлопроводимост, конвекция на топлина и топлинно излъчване. Трите метода за пренос на топлина са представени по-долу.
(1) Топлопроводимост
Когато няма относително изместване между различните части на обекта, преносът на топлинна енергия, генериран от топлинното движение на молекули, атоми и свободни електрони и други микроскопични частици, се превръща в топлопроводимост.
Основната формула за изчисление на топлопроводимостта е закон на Фурие' s: топлината, предадена чрез топлопроводимост за единица време, е пропорционална на площта на напречното сечение, перпендикулярна на топлинния поток и пропорционална на температурния градиент. Отрицателният знак показва, че посоката на топлопроводимост е противоположна на посоката на температурния градиент.
Топлопроводимостта е присъщо физическо свойство на материала, което представлява топлопроводимостта на материала. Колкото по-голяма е топлопроводимостта, толкова по-добра е топлопроводимостта на материала.
(2) Термична конвекция
Термичната конвекция се отнася до относителното изместване между различни части на течността, причинено от макроскопичното движение на течността, и процеса на топлопредаване, причинен от смесването на студени и горещи течности. Термичната конвекция се случва само в течността. Тъй като молекулите в течността ще извършват едновременно нередовно топлинно движение, термичната конвекция винаги е придружена от топлопроводимост.
В често срещана инженерна ситуация течността протича през обект и генерира процес на пренос на топлина между повърхността му. Това явление се нарича процес на конвективен топлопренос.
Конвекционният топлообмен е разделен на два вида: естествена конвекция и принудителна конвекция.
Естествената конвекция се причинява от различната плътност на студените и горещите части на течността. Например въздухът в близост до радиатора се нагрява и тече нагоре.
Принудителната конвекция се дължи на потока на течността поради разликата в налягането. Например, охлаждащата вода се задвижва от водна помпа, за да тече, вместо да има разлика в плътността.
Основната формула за изчисляване на топлинната конвекция е нютоновата формула за охлаждане.
Коефициентът на конвективен топлопреминаване е свързан с много фактори в процеса на топлопредаване. Например физическите свойства на обекта, относителното положение на формата и размера на топлообменната повърхност и скоростта на потока на течността. При конвекционния анализ обикновено е необходимо да се използват теоретичен анализ или експериментални методи за изчисляване на коефициента на конвективен топлопреминаване върху повърхността на обекта.
(3) Топлинно излъчване
Начинът, по който обектите прехвърлят енергия чрез електромагнитни вълни, се превръща в лъчение. Обектите излъчват радиация по различни причини, сред които явлението лъчиста енергия, излъчвано от топлината, се нарича топлинно лъчение.
Разликата между излъчването и първите два метода за пренос на топлина е, че първите два изискват присъствието на материя, а излъчването може да прехвърля енергия във вакуум и дори най-ефективния пренос във вакуум.
Инженерингът обикновено разглежда радиацията между два или повече обекта и всеки обект в системата излъчва и абсорбира топлина едновременно. Нетният топлообмен между тях се изчислява с помощта на уравнението на Стивън Болцман.