Wärmeleitung

Die Wärmeleitung beschreibt die Form der Wärmeübertragung, bei der der Wärmetransport in einem Festkörper oder einem ruhenden Fluid als Folge einer Temperaturdifferenz ohne zusätzlichen Stofftransport stattfindet. In Flüssigkeiten und Gasen wird der Transport der Wärmeenergie meist von der einhergehenden Konvektion dominiert, die Wärmeleitung spielt dann eine untergeordnete Rolle.

Die Eignung eines Werkstoffes zur Wärmeleitung wird durch die Materialeigenschaft als Wärmeleitfähigkeit beschrieben. Die Wärmeleitfähigkeit entspricht dabei der Wärmemenge, die durch einen Würfel fliesst, der auf zwei gegenüberliegenden Flächen eine einheitliche Temperaturdifferenz aufweist. Die Wärmeleitfähigkeit zeigt in der Regel nur eine geringe Variation über einem grossen Temperaturbereich. Beim Phasenübergang ergeben sich hingegen häufig grössere, sprunghafte Änderungen.

Rechenzeit / Modellgrösse

In den meisten technischen Anwendungsfällen kommt es nicht zum Wechsel des Aggregatszustands. Daher ist aus numerischer Sicht die Lösung von reinen Wärmeleitungsproblemen sehr einfach möglich. Die Anforderungen bzw. Restriktionen an die Modellgrösse sind abhängig von der Art der Untersuchung, stationär oder transient, bzw. werden von anderen Last- und Randbedingungen bestimmt.

Bedeutung

Situationen, in denen nur Wärmeleitung zur Beschreibung einer Temperaturfeldberechnung vorkommt, sind eher selten. Insgesamt fällt aber der Wärmeleitfähigkeit in thermischen Simulationen die gleiche Rolle zu wie der Elastizität in der Strukturmechanik. Ohne sie gibt es keine Relation zwischen den Temperaturen auf der einen Seite und den Wärmeströmen auf der anderen. Demzufolge ist die Wärmeleitung ein fester Bestandteil jeder thermischen Simulation.