Все теплообменники разрабатываются таким образом, чтобы максимально увеличить площадь поверхности стенки между двумя потоками, и максимально уменьшить сопротивление потоку в теплообменнике. Для увеличения площади поверхности теплообмена в теплообменниках применяют профилирование и оребрение теплообменных поверхностей. Это также применяется для достижения необходимого уровня турбулизации потока, что позволяет избежать образования грязевых отложений в каналах.
Однако есть зависимость эффективности теплообменника от взамного направления теплоносителей в его контурах. Существует две основные классификации теплообменников по направлению движения теплоносителей относительно друг друга.
В теплообменниках параллельного потока две жидкости входят в теплообменник с одной и той же стороны, и движутся параллельно друг другу в направлении другой стороны. В теплообменниках противотока жидкости входят в теплообменник с противоположных концов и движутся противонаправленно. Второй вариант является более эффективным, т.к. в этом случае возможно передать большее количество теплоты от нагретой среды.
Эта диаграмма представляет схематичное изображение процесса передачи тепла в теплообменнике с сонаправленными и противонаправленными потоками теплоносителей.
Сонаправленные потоки
В теплообменниках с сонаправленными потоками теплоносителей жидкости текут в одном и том же направлении. Как видно из диаграммы в таком теплообменнике присутствует переменный температурный градиент по всей длине теплообменника. При равных потоках в такой схеме изменение температуры теплоносителей возможно только на 50% от разницы температур на входе, независимо от длины теплообменника. К выходу из теплообменника будет достигнуто равновесие, величина температурного градиента приблизится к нулю и передача тепла остановится. В случае неравных потоков равновесие насупит раньше.
Противонаправленные потоки
В случае противонаправленных теплоносителей температурный градиент между двумя потоками практически постоянен по всей длине теплообменника. При достаточном размере теплообменника и относительно небольших расходах возможен полный теплообмен между теплоносителями. Т.е первый теплоноситель на выходе из теплообменника будет иметь ту же температуру как у второго на входе и наоборот. Однако стоит отметить, что это возможно только при равных расходах теплоносителей.
