Warmte overdracht

Warmte is in feite de bewegingsenergie van de afzonderlijke moleculen in een stof. Wanneer twee moleculen dicht genoeg bij elkaar komen, kan het ene molecuul bewegingsenergie overdragen aan het andere molecuul, waardoor de laatste meer bewegingsenergie krijgt.  Er heeft dus warmte overdracht plaats gevonden.
Voor de afvoer van warmte uit de motor naar de rijwind, zijn we afhankelijk van de warmte overdracht tussen de moleculen aan het oppervlak van de radiateur aan de langs stromende lucht moleculen. Convectie dus.
Warmte overdracht vindt dus alleen plaats waar moleculen met elkaar in aanraking komen. Om warmte uit de radiateur aan de lucht over te dragen moeten de moleculen van de radiateur in aanraking komen met de lucht. Dit gebeurt alleen aan de buitenkant. Hoe meer contact er is met de buitenlucht, des te meer warmte kan er overgedragen worden. Er moet dus een zo groot mogelijk oppervlak gerealiseerd worden. Dit is gedaan door verschillende banen met koelvloeistof te verbinden met een wafelachtig patroon er tussenin.

Wiskundig

We hebben al vastgesteld dat de hoeveelheid warmte die door convectie overgedragen wordt, afhankelijk is van het contact oppervlak. Verder is het zo dat hoe groter het temperatuursverschil tussen de radiateur en de lucht, des te meer warmte wordt er overgedragen.
Denk hiervoor bijvoorbeeld aan twee snooker ballen. Als de witte bal met een hogere snelheid tegen een rode bal ketst, zal de rode bal met een hogere snelheid wegspringen. Er is dus meer energie overgedragen. Bij temperatuursoverdracht werkt het net zo.
Verder zijn nog de eigenschappen van de stoffen van belang. De ene stof kan gemakkelijker warmte overdragen dan de andere (metalen doen dit bijvoorbeeld beter dan plastics, daarom voelen metalen meestal koud aan en plastics warm. De warmte uit je vingers wordt door metalen sneller afgevoerd).

Wiskundig kunnen we nu de hoeveelheid energe (warmte) die door convectie wordt overgedragen per tijdseenheid als volgt uitdrukken:

Waarbij:
Q = warmte overdracht in Watt
ΔT = het temperatuursverschil tussen de radiateur en de lucht
A = het contactoppervlak van de radiateur met de lucht.
h = convectie coefficient in Watt per vierkante meter kelvin [W/m2K]

De convectie coefficient is afhankelijk van de stoffen die in het spel zijn. Water vervoert bijvoorbeeld warmte beter dan lucht. Voor de overgang van metaal naar lucht licht de convectie coefficient tussen de 5 en de 20 bij vrije convectie (zonder dat de lucht van buitenaf in beweging wordt gebracht).
Bij gedwongen convectie (met bijvoorbeeld een ventilator of door rijwind) ligt de convectie coefficient tussen de 25 en 250.
Gedwongen convectie met lucht werkt dus vele malen beter dan vrije convectie. Dit zie je terug als je lang in de file staat. De restwarmte van het stationair draaien warmt het koelwater op, maar doordat er geen luchtstroom is, kan dit niet voldoende worden afgevoerd, zodat de temperatuur oploopt. Dit zie je terug op de temperatuurmeter. Als een bepaalde temperatuur wordt bereikt, zal de ventilator inschakelen om te zorgen voor gedwongen convectie, zodat de overtollige warmte kan worden afgevoerd.