Siltummaiņu termodinamikas principi

Sāksim ar galvenajiem jēdzieniem, izmantojot vienkāršu matemātiku. Pamatvienādojums, kas regulē siltuma pārnesi (HT) Q ir Ņūtona dzesēšanas likums, ko nosaka Q=h × S × ΔT, kur h ir kopējais siltuma pārneses koeficients un S ir pieejamais virsmas laukums.
Kopējais siltuma pārneses koeficients h ņem vērā dažādas siltuma pārneses pretestības, piemēram, vadītspēju, konvekciju un starojumu. Tas ir atkarīgs no materiālu siltumvadītspējas, sienu biezuma un šķidrumu plūsmas ātruma.
Siltummaiņi izmanto enerģijas saglabāšanas principu, ko pārstāv pirmais termodinamikas likums. Šis likums nosaka, ka enerģijai, kas nonāk sistēmā, jābūt vienādai ar enerģiju, kas no tās iziet. Siltummaiņa gadījumā enerģija, kas tiek pārnesta kā siltums no karstā šķidruma, ir vienāda ar aukstā šķidruma iegūto enerģiju.
Dažādu veidu siltummaiņi izmanto īpašus plūsmas modeļus, lai optimizētu siltuma pārnesi. Piemēram, paralēlās plūsmas siltummainī abi šķidrumi ieplūst vienā galā, un karstie un aukstie šķidrumi pārvietojas paralēli viens otram, kā rezultātā pakāpeniski samazinās ΔT visā siltummaiņa garumā. Pretplūsmas siltummainī karstie un aukstie šķidrumi nonāk pretējos galos, palielinot ΔT un uzlabojot pārnesi.