Prije svega, trebali bismo znati da je prijenos topline uzrokovan temperaturnom razlikom unutar ili između predmeta. Ako nema vanjske ulazne snage, prema drugom zakonu termodinamike, toplina se uvijek automatski prenosi s mjesta s visokom temperaturom na mjesto s nižom temperaturom.
Tri su osnovna načina prijenosa topline: provođenje topline, konvekcija topline i zračenje topline. Tri metode prijenosa topline predstavljene su u nastavku.
(1) Provođenje topline
Kada nema relativnog pomicanja između različitih dijelova predmeta, prijenos toplinske energije generiran toplinskim gibanjem molekula, atoma i slobodnih elektrona i ostalih mikroskopskih čestica postaje provođenje topline.
Osnovna proračunska formula vodljivosti topline je Fourierov zakon' toplina prenesena provođenjem topline u jedinici vremena proporcionalna je površini poprečnog presjeka okomito na protok topline i proporcionalna gradijentu temperature. Negativni znak ukazuje da je smjer provođenja topline suprotan smjeru gradijenta temperature.
Toplinska vodljivost je svojstveno fizičko svojstvo materijala, koje predstavlja toplinsku vodljivost materijala. Što je veća toplinska vodljivost, to je toplinska vodljivost materijala bolja.
(2) Toplinska konvekcija
Termička konvekcija odnosi se na relativno pomicanje između različitih dijelova tekućine uzrokovano makroskopskim kretanjem tekućine i proces prijenosa topline uzrokovan miješanjem hladne i vruće tekućine. Termička konvekcija događa se samo u tekućini. Budući da će molekule u tekućini istodobno izvoditi i nepravilna toplinska kretanja, toplinsku konvekciju uvijek prati provođenje topline.
U uobičajenoj situaciji u inženjerstvu, tekućina teče kroz objekt i stvara proces prijenosa topline između njegove površine. Taj se fenomen naziva proces konvektivnog prijenosa topline.
Konvekcijski prijenos topline podijeljen je u dvije vrste: prirodna i prisilna.
Prirodna konvekcija uzrokovana je različitom gustoćom hladnih i vrućih dijelova tekućine. Na primjer, zrak u blizini radijatora zagrijava se i struji prema gore.
Prisilna konvekcija posljedica je protoka tekućine zbog razlike u tlaku. Na primjer, vode za hlađenje pokreće pumpa za vodu da teče umjesto da ima razliku u gustoći.
Osnovna formula izračuna za konvekciju topline je Newtonova formula hlađenja.
Koeficijent konvektivnog prijenosa topline povezan je s mnogim čimbenicima u procesu prijenosa topline. Na primjer, fizička svojstva predmeta, relativni položaj oblika i veličine površine izmjene topline i brzina protoka fluida. U konvekcijskoj analizi obično je potrebno koristiti teoretsku analizu ili eksperimentalne metode za izračunavanje koeficijenta konvektivnog prijenosa topline na površini objekta.
(3) Toplinsko zračenje
Način na koji objekti prenose energiju kroz elektromagnetske valove postaje zračenje. Predmeti emitiraju zračenje iz različitih razloga, među kojima se pojava zračenja energije koju emitira toplina naziva toplinskim zračenjem.
Razlika između zračenja i prva dva načina prijenosa topline je u tome što prva dva zahtijevaju prisutnost materije, a zračenje može prenositi energiju u vakuumu, pa čak i najučinkovitiji prijenos u vakuumu.
Inženjerstvo obično uzima u obzir zračenje između dva ili više objekata, a svaki objekt u sustavu istodobno zrači i apsorbira toplinu. Neto prijenos topline između njih izračunava se pomoću jednadžbe Stephena Boltzmanna.