Først og fremmest skal vi vide, at overførsel af varme skyldes temperaturforskellen inden i eller mellem objekter. Hvis der ikke er nogen ekstern strømtilførsel, i henhold til den anden lov om termodynamik, overføres varme altid automatisk fra et sted med en høj temperatur til et sted med en lavere temperatur.
Der er tre grundlæggende måder at overføre varme på: varmeledning, varmekonvektion og varmestråling. De tre metoder til varmeoverførsel introduceres nedenfor.
(1) Varmeledning
Når der ikke er nogen relativ forskydning mellem de forskellige dele af objektet, bliver den termiske energioverførsel, der genereres af den termiske bevægelse af molekyler, atomer og frie elektroner og andre mikroskopiske partikler, varmeledning.
Den grundlæggende beregningsformel for varmeledning er Fourier' loven: varmen overført af varmeledning i en tidsenhed er proportional med tværsnitsarealet vinkelret på varmestrømmen og proportional med temperaturgradienten. Det negative tegn indikerer, at retningen af varmeledning er modsat retningen af temperaturgradienten.
Termisk ledningsevne er en iboende fysisk egenskab ved et materiale, der repræsenterer materialets varmeledningsevne. Jo større varmeledningsevne, jo bedre er materialets varmeledningsevne.
(2) Termisk konvektion
Termisk konvektion henviser til den relative forskydning mellem forskellige dele af væsken forårsaget af makroskopisk bevægelse af væsken og varmeoverførselsprocessen forårsaget af blanding af kolde og varme væsker. Termisk konvektion forekommer kun i væsken. Fordi molekylerne i væsken også udfører uregelmæssig termisk bevægelse på samme tid, ledsages termisk konvektion altid af varmeledning.
I en almindelig situation inden for teknik strømmer en væske gennem et objekt og genererer varmeoverførselsproces mellem overfladen. Dette fænomen kaldes konvektiv varmeoverførselsproces.
Konvektionsvarmeoverførsel er opdelt i to typer: naturlig konvektion og tvungen konvektion.
Naturlig konvektion er forårsaget af forskellig densitet af de kolde og varme dele af væsken. For eksempel opvarmes luften nær radiatoren og flyder opad.
Tvungen konvektion skyldes væskestrømmen på grund af trykforskel. For eksempel drives kølevandet af en vandpumpe til at strømme i stedet for at have en densitetsforskel.
Den grundlæggende beregningsformel for varmekonvektion er den newtonske køleformel.
Den konvektive varmeoverførselskoefficient er relateret til mange faktorer i varmeoverførselsprocessen. F.eks. Objektets fysiske egenskaber, den relative position af formen og størrelsen på varmevekslingsoverfladen og strømningshastigheden af væsken. I konvektionsanalyse er det normalt nødvendigt at bruge teoretisk analyse eller eksperimentelle metoder til at beregne den konvektive varmeoverførselskoefficient på objektets overflade.
(3) Termisk stråling
Den måde, hvorpå objekter overfører energi gennem elektromagnetiske bølger, bliver stråling. Objekter udsender stråling af forskellige årsager, blandt hvilke fænomenet strålingsenergi, der udsendes af varme, kaldes termisk stråling.
Forskellen mellem stråling og de to første varmeoverførselsmetoder er, at de to første kræver tilstedeværelse af stof, og stråling kan overføre energi i vakuum og endda den mest effektive overførsel i vakuum.
Ingeniørarbejde overvejer normalt strålingen mellem to eller flere objekter, og hvert objekt i systemet udstråler og absorberer varme på samme tid. Nettovarmeoverførslen mellem dem beregnes ved hjælp af Stephen Boltzmann-ligningen.