Ensinnäkin meidän pitäisi tietää, että lämmön siirto johtuu lämpötilaerosta esineiden sisällä tai välillä. Jos ulkoista tehoa ei ole, lämpödynamiikan toisen lain mukaan lämpö siirretään aina automaattisesti paikasta, jossa on korkea lämpötila, paikkaan, jossa on alhaisempi lämpötila.
Lämmönsiirron perustapoja on kolme: lämmönjohtavaus, lämmön konvektio ja lämpösäteily. Kolme lämmönsiirtoa otetaan käyttöön alla.
(1) Lämmönjohtavuuteen
Kun kohteen eri osien välillä ei ole suhteellista siirtymää, molekyylien, atomien ja vapaiden elektronien sekä muiden mikroskooppisten hiukkasten lämpöenergiansiirrosta tulee lämmönjohtava.
Lämmönjohtavisuuden peruslaskentakaava on Fourierin laki: lämmönjohtavalla kerrallaan siirretty lämpö on verrannollinen poikkileikkausalueeseen, joka on kohtisuorassa lämpövirtaan ja verrannollinen lämpötilagradienttiin. Negatiivinen merkki osoittaa, että lämmönjohtavuussuunta on päinvastainen kuin lämpötilagradientin suunta.
Lämmönjohtavuus on materiaalin luontainen fysikaalinen ominaisuus, joka edustaa materiaalin lämmönjohtavuutta. Mitä suurempi lämmönjohtavuus, sitä parempi materiaalin lämmönjohtavuus.
(2) Lämmön konvektio
Terminen konvektio tarkoittaa nesteen makroskooppisen liikkeen aiheuttamaa nesteen eri osien välistä suhteellista siirtymää ja kylmien ja kuumien nesteiden sekoittumisen aiheuttamaa lämmönsiirtoprosessia. Lämpökonvektio tapahtuu vain nesteessä. Koska nesteen molekyylit suorittavat samanaikaisesti myös epäsäännöllistä lämpöliikettä, lämpökonvektioihin liittyy aina lämmönjohtavuus.
Yleisessä suunnittelutilanteessa neste virtaa kohteen läpi ja tuottaa lämmönsiirtoprosessia sen pinnan välillä. Tätä ilmiötä kutsutaan konjektiiviseksi lämmönsiirtoprosessiksi.
Konvektiolämmön siirto on jaettu kahteen tyyppiin: luonnollinen konvektio ja pakotettu konvektio.
Luonnollinen konvektio johtuu nesteen kylmien ja kuumien osien erilaisesta tiheydestä. Esimerkiksi patterin lähellä oleva ilma kuumenee ja virtaa ylöspäin.
Pakotettu konvektio johtuu paine-erosta johtuvasta nesteen virtausvirrasta. Esimerkiksi jäähdytysvettä ohjaa vesipumppu virtaamaan tiheyseron sijaan.
Lämmön konvektiota laskeva peruslaskentakaava on newtonilainen jäähdytyskaava.
Konjektiivinen lämmönsiirtokerroin liittyy moniin lämmönsiirtoprosessin tekijöihin. Esimerkiksi kohteen fyysiset ominaisuudet, lämmönvaihtopinnan muodon ja koon suhteellinen sijainti sekä nesteen virtausnopeus. Konvektioanalyysissä on yleensä tarpeen käyttää teoreettisia analyysejä tai kokeellisia menetelmiä konvektiivisen lämmönsiirtokertoimen laskemiseen kohteen pinnalla.
(3) Lämpösäteily
Tapa, jolla esineet siirtävät energiaa sähkömagneettisten aaltojen kautta, muuttuu säteilyksi. Esineet lähettävät säteilyä eri syistä, joista lämmön säteilevän energian ilmiötä kutsutaan lämpösäteilyksi.
Ero säteilyn ja kahden ensimmäisen lämmönsiirtomenetelmien välillä on se, että kaksi ensimmäistä vaativat aineen läsnäoloa, ja säteily voi siirtää energiaa tyhjiössä ja jopa tehokkaimman siirron tyhjiössä.
Suunnittelussa otetaan yleensä huomioon kahden tai useamman kohteen välinen säteily, ja jokainen järjestelmän esine säteilee ja imee lämpöä samanaikaisesti. Nettolämmönsiirto niiden välillä lasketaan Stephen Boltzmannin yhtälöllä.