При взаимодействии двух тел, имеющих разные температуры, будет осуществляться теплообмен между ними. Количество тепла (Q), которое было получено или отдано телом, зависит от массы тела (m) и изменения его температуры (∆T):
Q=c∙m∙∆T
где c – некоторый коэффициент пропорциональности. Он носит название удельной теплоемкости и выражает количество энергии, необходимое, чтобы нагреть 1 кг вещества на 1°С.
Уравнение теплового баланса является следствием закона сохранения энергии и характеризует теплообмен между телами. Так, при взаимодействии двух тел:
Q1=Q2
Тогда уравнение теплового баланса можно выразить формулой:
c1∙m1∙∆T1=c2∙m2∙∆T2
где индексами 1, 2 обозначены жидкости, между которыми происходит теплообмен, c – удельная теплоемкость [Дж/(кг∙°С)], m – масса [кг], ∆T=|Tк-Tн | – модуль разности конечной и начальной температур [°C].
В теплообменниках приходится иметь дело не с массой m, а с расходом q=m/t [кг/ч] – массой жидкости, протекающей в единицу времени. Тогда уравнение теплового баланса можно переписать следующим образом:
c1∙q1∙|T1к-T1н | =c2∙q2∙|T2к-T2н |
где каждая часть уравнения выражает тепловую нагрузку (или мощность):
P=c∙q∙∆T [Вт]
Описанный выше случай соответствует тепловому взаимодействию двух тел без изменения их фазового состояния. Другой случай, когда тело переходит из одного агрегатного состояние в другое. Зачастую в теплообменниках в качестве теплоносителя используется насыщенный пар. Например, жидкость нагревают паром. В этом процессе пар конденсируется, то есть вода переходит из газового состояния в жидкое, при этом выделяется большое количество энергии, которую называют скрытой теплотой. Тогда количество теплоты, которое передаст пар в процессе конденсации можно выразить формулой:
Q=L∙m
где L – некоторый коэффициент пропорциональности, который называют удельной теплотой конденсации [Дж/кг].
Тогда уравнение теплового баланса будет иметь вид:
c1∙q1∙|T1к-T1н | =L2∙q2
Чтобы определить L, необходимо знать температуру насыщенного пара или его давление.
