Общее уравнение при расчете теплообменника любого типа – это уравнение теплового баланса (уравнение сохранения энергии).

Тепловой поток , отданный в теплообменнике горячим теплоносителем (индекс 1) при его охлаждении от температуры  до , равен

,

где - массовый расход теплоносителя.

Несколько процентов (от 1% до 10%) от  теряется в окружающую среду через стенки теплообменника, а основная часть  (КПД теплообменника  учитывает потери) передается второму теплоносителю (индекс 2).

Тепловой поток, получаемый холодным теплоносителем, равен

      .   (2.36)

Уравнение теплового баланса (2.36) позволяет найти один неизвестный параметр: либо расход одного из теплоносителей, либо одну из температур. Все остальные параметры должны быть известны.

Тонкие стенки трубок рекуперативных теплообменников считаются плоскими, поэтому поверхность , необходимая для передачи теплового потока  от горячего теплоносителя к холодному, определяется из уравнения

В расчете нужно использовать среднеинтегральную по длине теплообменника разность температур теплоносителей:

                                                                                         (2.37)

При соотношении <2 используется среднеарифметическое значение .

При соотношении ≥2 используется среднелогарифмическое значение

                                           .                                 (2.38)

Здесь  и  - перепады температур между теплоносителями на концах теплообменника:

- в прямоточном теплообменнике значение  всегда равно разности температур теплоносителей на входе, а  - на выходе;

- в противоточном теплообменнике при движении теплоносителей навстречу друг другу значения  на концах определяются по разности температур на входе греющего и выходе нагреваемого теплоносителя. При расчете значений  на концах теплообмена необходимо всегда рисовать график изменения температур по длине теплообмена (рисунки 2.9.1 и 2.9.2);

- при перекрестном движении теплоносителей и других сложных схем при расчете  вначале определяют  для противоточного движения, а затем вводят поправки, взятые из справочника.

Виды теплового расчета теплообменников – конструктивный и поверочный.

Конструктивный:

1. Из балансового уравнения определяют мощность теплового потока , получаемую холодным теплоносителем от горячего;

2. Задаются в соответствии с рекомендациями скоростями течения теплоносителей и конструктивными особенностями теплообменника (диаметрами трубок, проходными сечениями для теплоносителей);

3. Рассчитывают коэффициенты теплоотдачи, а затем коэффициент теплопередачи ;

4. По формуле (2.38) определяют значение ;

5. Из уравнения теплопередачи (2.37) находят площадь  идеального теплообменника;

6. По известной площади  рассчитывают длину трубок теплообменника.

Поверочный:

При известной конструкции теплообменника (площади поверхности теплообмена  и заданных начальных параметрах теплоносителей) необходимо рассчитать конечные параметры, т.е. проверить пригодность данного теплообменника для данного технологического процесса. Одним из методов поверочного расчета является метод последовательных приближений. Задаются конечной температурой одного из теплоносителей, по уравнению теплового баланса рассчитывают конечную температуру второго и проводят конструктивный расчет. Если полученная в результате площадь  не совпадает с площадью поверхности имеющегося теплообменника, расчет проводят вновь, задаваясь другим значением температуры теплоносителя на выходе.