Различают конструктивный и проверочный тепловой расчеттеплообменного аппарата.
Цель конструктивного расчёта состоит в определении величины рабочей поверхности теплообменника, которая является искомым параметром. При этом должно быть известноколичество передаваемой теплоты и температуры теплоносителей на входе и выходе из аппарата.
Когда возникает необходимость работысуществующего теплообменного аппарата в условиях,отличных от проектных, то выполняется проверочный расчет. Цель такого расчета – определение температур теплоносителейна выходе из теплообменникаи количества передаваемой теплоты при известной величине рабочей поверхности теплообменного аппарата.
На рис. 3 и 4 изображены графикиизменения температуры по длине прямоточного (а) и противоточного (б) теплообменного аппарата и схема движения в них теплоносителей. Индексами 2 и 1 обозначены холодный и горячий теплоносители, а одним и двумя штрихами – их параметры на входе и выходе аппарата,
Основными расчетными уравнениями при расчете теплообмена в теплообменнике являются уравнение теплового баланса и уравнение теплопередачи. Тепловой баланс теплообменника определяется уравнением:
(2.1)
или
(2.2)
где
- полезный тепловой поток, Вт;
- тепловая мощность, вносимая в аппарат горячим теплоносителем, Вт;
- массовый расход соответственно горячего и холодного теплоносителей, кг/с;
- средние массовые теплоемкости теплоносителейв интервале температур от Т’ до Т”, Дж/(кг*К);
- коэффициентиспользования теплоты,
= 0,95 - 0,99.
 |
Рисунок 3- Графики изменения температуры по длине теплообменного аппарата
 |
а – прямоточная; б – противоточная
Рисунок 4- Cхема движения теплообменителей в теплообменном аппарате
Величину произведения 
называют условным эквивалентом теплоносителя, с учетом этого уравнение теплового баланса (2.2) можно записать в виде:
где 
(2.3)
Таким образом, чем больше параметр W, тем меньше изменяется температура теплоносителя при протекании его через теплообменный аппарат.
Уравнение теплопередачи имеет вид:
(2.4)
где 
и 
- средние значения коэффициента теплопередачи и температурного напора для всего теплообменного аппарата.
Из (2.4) видно, что разность температур между теплоносителями изменяется по длине теплообменного аппарата.
При конструктивном расчете рабочая поверхность теплообменника определяется из уравнения теплопередачи (2.4):
(2.5)
Если тепловой поток неизвестен, он определяется из уравнения (2.1) или (2.2).
Средний температурный напор для прямотока и противотока определяется из формул:
(2.6)
(2.7)
При 
разница между среднелогарифмическими (2.6) и среднеарифметическими (2.7) температурными напорами не превышает 3%.
Пренебрегая кривизной стенки, что допустимо, если 
, можно рассчитать коэффициент теплопередачи по формуле для плоской стенки:
, (2.8)
Где
- коэффициент теплоотдачи от горячего теплоносителя к поверхности стенки, Вт/(м2*К);
- коэффициент теплоотдачи от поверхности стенки к холодному теплоносителю, Вт/(м2*К);
- толщина стенок трубок, м;
- коэффициент теплопроводности материала стенки трубок, Вт/(м2*К).
Приближенные значения и могут быть заданы, а более точные значения найдены из критериальных зависимостей.
Критериальное уравнение при вынужденном течении теплоносителя по трубам и каналам имеет следующий вид:
а) при ламинарном течении (Re<2320)
(2.9)
б) при переходном течении (Re = 2300 - 104)
(2.10)
в) при турбулентном течении (Re > 104)
(2.11)
где
- критерий Нуссельта;
- критерий Рейнольдса;
- критерий Грасгофа;
- критерий Прандтля;
- коэффициент температуропроводности.
Индекс «ж» показывает, что все физические параметры (приложение) теплоносителя, входящие в критерии, следует принимать по средней температуре жидкости:
(2.12)
(2.13)
Индекс «с» у критерия 
показывает, что физические параметры теплоносителя, входящие в критерий, необходимо брать по температуре стенки.