Протитечія та прямотечія · профілі температур · LMTD і ефективність–NTU
Два потоки рідини течуть крізь теплообмінник, розділені стінкою, і тепло переходить від гарячого потоку до холодного. У прямотечійному апараті обидва потоки входять з одного кінця й течуть поряд; у протитечійному вони течуть у протилежних напрямках. Графік праворуч показує температуру кожного потоку вздовж довжини. Ключове поняття — теплоємнісна витрата C = ṁ·c_p (у Вт/К): потік з меншою C змінює температуру найсильніше, бо Q = C_hot·(T_h,in − T_h,out) = C_cold·(T_c,out − T_c,in).
Класичне розрахункове рівняння — метод LMTD: Q = U·A·ΔT_lm, де середньологарифмічна різниця температур ΔT_lm = (ΔT₁ − ΔT₂) / ln(ΔT₁/ΔT₂) рахується за різницями температур на кінцях. Протитечія підтримує рівніший ΔT вздовж усієї довжини, даючи більший ΔT_lm і більший теплообмін за того ж обладнання — саме тому вона майже завжди переважає прямотечію.
Метод ефективності–NTU уникає ітерацій з невідомими вихідними температурами. З NTU = UA / C_min та співвідношенням теплоємнісних витрат Cr = C_min/C_max ефективність ε (фактичне тепло / максимально можливе тепло) має замкнену форму: для протитечії ε = (1 − e^(−NTU(1−Cr))) / (1 − Cr·e^(−NTU(1−Cr))). Коли один потік змінює фазу (конденсатор чи випарник), його теплоємнісна витрата фактично нескінченна, тож Cr → 0, і обидві схеми дають однакове просте ε = 1 − e^(−NTU).