Termodinamička načela izmjenjivača topline

Počnimo s ključnim pojmovima koristeći jednostavnu matematiku. Temeljna jednadžba koja upravlja prijenosom topline (HT) Q je Newtonov zakon hlađenja, dan Q=h × S × ΔT gdje je h ukupni koeficijent prijenosa topline, a S je dostupna površina.
Ukupni koeficijent prijenosa topline h uzima u obzir različite otpore prijenosu topline, kao što su kondukcija, konvekcija i zračenje. Ovisi o toplinskoj vodljivosti materijala, debljini stijenki i brzini protoka tekućina.
Izmjenjivači topline koriste načelo očuvanja energije, predstavljeno prvim zakonom termodinamike. Ovaj zakon kaže da energija koja ulazi u sustav mora biti jednaka energiji koja ga napušta. U slučaju izmjenjivača topline, energija prenesena kao toplina iz vrućeg fluida jednaka je energiji koju dobije hladni fluid.
Različite vrste izmjenjivača topline koriste specifične obrasce protoka za optimizaciju prijenosa topline. Na primjer, u izmjenjivaču topline s paralelnim protokom, obje tekućine ulaze na jednom kraju, a topla i hladna tekućina putuju paralelno jedna s drugom, što rezultira postupnim smanjenjem ΔT duž duljine izmjenjivača. U protustrujnom izmjenjivaču topline, topli i hladni fluidi ulaze na suprotne krajeve, povećavajući ΔT i poboljšavajući prijenos.