Почему так важен расчет сопряженного теплообмена?

Любое тело или объект, температура которого выше абсолютного нуля, излучают электромагнитные колебания. Интенсивность теплового излучения, вызванного соответствующими колебаниями, напрямую зависит от материала, температуры тела, а также состояния поверхности, с которой происходит излучение. Такое достаточно непростое явление, обычно, мы называем «жар». Теперь представим, что мы решили что-нибудь приготовить на открытом огне используя, например, шампур. Нагреваясь при непосредственном контакте с огнем, а также посредством конвекции, объект на шампуре начнет нагреваться, как и сам шампур, на котором он расположен. Мы, в свою очередь, почувствуем нагрев рукой благодаря такому явлению, как теплопроводность. Теплопроводностью называется процесс переноса внутренней энергии от более нагретых частей тела к менее нагретым.

Даже в случае достаточно примитивных приборов или изделий процессы не всегда можно описать сходу и определить, как именно та или иная часть будет испытывать тепловую нагрузку, тем более выразить это в численном виде. А что, если речь зайдет о более сложных устройствах? Например, двигатель внутреннего сгорания. Помимо преобразования энергии сгорания топлива в механическую работу он производит достаточно много тепла, которое он же излучает в подкапотное пространство. Лопатка турбины подвержена тепловым нагрузкам от нагретого сжатого воздуха. Подобные нагрузки могут привести к необратимым последствиям, а именно  термодеформациям и выходом из строя установки в целом. Во избежание повышенных температур она должна охлаждаться воздухом изнутри.

С одной стороны, решая простую задачу передачи тепла от одной нагретой стенки с постоянной температурой к другой через, например, объем холодной жидкости или газа, мы можем достаточно точно определить необходимые параметры на второй нагреваемой стенке. А если представить, что температура источника тепла, т. е. первой стенки, непостоянна и распределена по ее площади неравномерно? Здесь же можно добавить движение текучей среды между пластинами. Задача с одной стороны усложняется в разы, а с другой стороны представляет собой типичный процесс охлаждения. Например чип, расположенный на печатной плате, тепло отводимое от радиатора которого не должно критическим образом влиять на нагрев соседних компонентов. В итоге мы получаем два пути решения задачи. Первое — мы вводим дополнительные упрощения, усредняем величины по площадям, объемам, пренебрегаем теми или иными условиями, исключаем временной домен. Решение получается достаточно быстрое, но значительно отличающееся по результатам от реальной картины, которую мы бы могли наблюдать при включенном изделии в рабочем режиме. Второе решение — используем численное моделирование, которое в подобных задачах является практически незаменимым решением.