Termodinamični principi izmenjevalnikov toplote

Začnimo s ključnimi pojmi z uporabo preproste matematike. Temeljna enačba, ki ureja prenos toplote (HT) Q, je Newtonov zakon hlajenja, podan s Q=h × S × ΔT, kjer je h skupni koeficient prenosa toplote, S pa razpoložljiva površina.
Celotni koeficient prehoda toplote h upošteva različne upore za prenos toplote, kot so prevodnost, konvekcija in sevanje. Odvisno je od toplotne prevodnosti materialov, debeline sten in hitrosti pretoka tekočin.
Toplotni izmenjevalniki uporabljajo načelo ohranjanja energije, ki ga predstavlja prvi zakon termodinamike. Ta zakon določa, da mora biti energija, ki vstopa v sistem, enaka energiji, ki ga zapušča. V primeru toplotnega izmenjevalnika je energija, prenesena kot toplota iz vroče tekočine, enaka energiji, ki jo pridobi hladna tekočina.
Različni tipi izmenjevalnikov toplote uporabljajo posebne vzorce pretoka za optimizacijo prenosa toplote. Na primer, v toplotnem izmenjevalniku z vzporednim tokom obe tekočini vstopita na enem koncu, vroča in hladna tekočina pa potujeta vzporedno druga z drugo, kar povzroči postopno zmanjšanje ΔT vzdolž dolžine izmenjevalnika. V protitočnem toplotnem izmenjevalniku vroča in hladna tekočina vstopata na nasprotna konca, kar poveča ΔT in poveča prenos.