עקרונות תרמודינמיקה של מחליפי חום

הבה נתחיל עם מושגי מפתח באמצעות מתמטיקה פשוטה. משוואה בסיסית השולטת בהעברת חום (HT) Q היא חוק הקירור של ניוטון, שניתן על ידי Q=h × S × ΔT כאשר h הוא מקדם העברת החום הכולל, ו-S הוא שטח הפנים הזמין.
מקדם העברת החום הכולל h מתייחס להתנגדויות שונות להעברת חום, כגון הולכה, הסעה וקרינה. זה תלוי במוליכות התרמית של החומרים, בעובי הדפנות ובקצבי הזרימה של הנוזלים.
מחליפי חום משתמשים בעיקרון של שימור אנרגיה, המיוצג על ידי החוק הראשון של התרמודינמיקה. חוק זה קובע שהאנרגיה הנכנסת למערכת חייבת להיות שווה לאנרגיה היוצאת ממנה. במקרה של מחליף חום, האנרגיה המועברת כחום מהנוזל החם שווה לאנרגיה שצובר הנוזל הקר.
סוגים שונים של מחליפי חום משתמשים בדפוסי זרימה ספציפיים כדי לייעל את העברת החום. לדוגמה, במחליף חום בזרימה מקבילה, שני הנוזלים נכנסים בקצה אחד, ונוזלים חמים וקרים נעים במקביל זה לזה, וכתוצאה מכך הפחתה הדרגתית של ΔT לאורך המחליף. במחליף חום נגדי, הנוזלים החמים והקרים נכנסים לקצוות מנוגדים, ממקסמים את ה-ΔT ומשפרים את ההעברה.