Выбор взаимного направления теплоносителей. Аддитивность термических сопротивлений.

Правильный выбор взаимного направления движения теплоносителей имеет существенное значение для наиболее экономичного проведения процессов теплообмена. Для сравнительной оценки прямотока и противотока сопоставим эти виды взаимного направления движения теплоносителей с точки зрения расхода теплоносителей и средней разности температур. В случае прямотока конечная температура холодного теплоносителя tн не может быть выше конечной температуры горячего tк. Практически для осуществления процесса теплообмена должна быть некоторая разность температур ∆ tк = tн – tк. При противотоке холодный теплоноситель с той же начальной температурой tн, что и при прямотоке, может нагреться до более высокой температуры tк, близкой к начальной температуре tн горячего теплоносителя. Это позволяет сократить расход холодного теплоносителя, но одновременно приводит к некоторому уменьшению ∆ tср и соответственно – к увеличению необходимой поверхности теплообмена при противотоке по сравнению с прямотоком. Однако экономический эффект, достигаемый вследствие снижения расхода уменьшения теплоносителя при противотоке, превышает дополнительные затраты, связанные с увеличением поверхности теплообменника. Отсюда следует, что применение противотока при теплообмене более экономично, чем прямотока. Теперь сопоставим противоток с прямотоком при одних и тех же начальных и конечных температурах теплоносителей. Расчеты показывают, что в данном случае ∆ tср при противотоке будет больше, чем при прямотоке, а расход теплоносителей одинаков. Следовательно, скорость теплообмена при противотоке будет больше, что и обусловливает преимущество противотока перед прямотоком. Указанные выше преимущества противотока относятся к процессам теплообмена без изменения агрегатного состояния теплоносителей. Если температура одного из теплоносителей (например, конденсирующегося насыщенного пара) остается постоянной вдоль поверхности теплообмена, а температура теплоносителя по другую сторону стенки изменяется или оба теплоносителя имеют постоянные температуры, не изменяющиеся во времени и поверхности теплообмена, то направление движения теплоносителей не оказывает влияния на разности их температур, среднюю разность температур и расходы теплоносителей.

1. параллельный ток, или прямоток, при котором теплоносители движутся в одном и том же направлении;
2. противоток, при котором теплоносители движутся в противоположных направлениях;
3. перекрестный ток, при котором теплоносители движутся взаимно перпендикулярно друг другу;
4. смешанный ток,  при котором один из теплоносителей движется в одном направлении, а другой – как прямотоком, так и противотоком к первому.

Уравнение аддитивности термических сопротивлений. 
Определим количество тепла, передаваемого в единицу времени от более нагретого теплоносителя t1 к менее нагретому t2 через многослойную стенку при установившемся процессе. Предположим, что стенка состоит из двух слоев: первого слоя толщиной δ1 и теплопроводностью λ1 и второго слоя толщиной δ1и теплопроводностью λ1. 

Температуры по поверхности со стороны более и менее нагретых теплоносителей постоянны. Поверхность теплопередачи F.
Количество тепла, передаваемого от более нагретого теплоносителя к стенке за период времени τ равно:

То же самое количество тепла передается посредством теплопроводности через каждую стенку:

Количество тепла, отдаваемого стенкой менее нагретому теплоносителю за период времени τ:

Из представленных уравнений выразим термические сопротивления:

 - термические сопротивления более нагретой и менее нагретой сред;
- термические сопротивления стенок.
Сложим полученные уравнения и представим их относительно теплового потока Q:

Сравним полученное уравнение с основным уравнением теплопередачи:
Q=KF(t1-t2) , где K – коэффициент теплопередачи;

Получим:  , где  - общее термическое сопротивление R.
Полученное уравнение называют уравнением аддитивности термических сопротивлений.