Nguyên lý nhiệt động lực học của bộ trao đổi nhiệt

Chúng ta hãy bắt đầu với các khái niệm chính bằng cách sử dụng toán học đơn giản. Một phương trình cơ bản chi phối quá trình truyền nhiệt (HT) Q là Định luật làm mát của Newton, được đưa ra bởi Q=h × S × ΔT trong đó h là hệ số truyền nhiệt tổng thể và S là diện tích bề mặt có sẵn.
Hệ số truyền nhiệt tổng thể h xem xét các sức cản khác nhau đối với truyền nhiệt, chẳng hạn như dẫn nhiệt, đối lưu và bức xạ. Nó phụ thuộc vào độ dẫn nhiệt của vật liệu, độ dày của thành và tốc độ dòng chảy của chất lỏng.
Bộ trao đổi nhiệt sử dụng nguyên lý bảo toàn năng lượng, được thể hiện bằng định luật thứ nhất của nhiệt động lực học. Định luật này nêu rằng năng lượng đi vào hệ thống phải bằng năng lượng rời khỏi hệ thống. Trong trường hợp bộ trao đổi nhiệt, năng lượng được truyền dưới dạng nhiệt từ chất lỏng nóng bằng năng lượng thu được từ chất lỏng lạnh.
Các loại bộ trao đổi nhiệt khác nhau sử dụng các mẫu dòng chảy cụ thể để tối ưu hóa quá trình truyền nhiệt. Ví dụ, trong bộ trao đổi nhiệt dòng chảy song song, cả hai chất lỏng đều đi vào ở một đầu, và chất lỏng nóng và lạnh di chuyển song song với nhau, dẫn đến giảm dần ΔT dọc theo chiều dài của bộ trao đổi. Trong bộ trao đổi nhiệt dòng chảy ngược, chất lỏng nóng và lạnh đi vào các đầu đối diện, tối đa hóa ΔT và tăng cường quá trình truyền nhiệt.