为什么逆流热交换器比并流热交换器更好？

1. 先搞清楚概念

热交换器的作用：让两股温度不同的流体通过换热面进行能量交换（热量从高温流体传给低温流体）。

• 并流（co-current / parallel flow）两股流体从同一端进入，沿着相同方向流动，逐渐换热，最后从另一端流出。
• 逆流（counter-current）两股流体从相对的两端进入，沿着相反方向流动，换热直到各自出口。

2. 温度分布对比

为了直观说明，我们用一个简化的例子：

• 热流体入口：100°C
• 冷流体入口：20°C

并流时的温度变化

• 一开始，温差最大（100 – 20 = 80°C），换热效率高。
• 但随着流动，两股流体温度逐渐接近，到出口时温差变得很小，换热效率急剧下降。
• 冷流体出口温度永远不可能超过热流体出口温度。

比如：

• 热流体出口可能冷却到 40°C
• 冷流体出口可能加热到 60°C（冷流体出口温度 < 热流体出口温度）

逆流时的温度变化

• 因为是相向流动，冷流体在出口端遇到的仍是温度相对较高的热流体，所以温差始终较大。
• 这样即使到末端也有较强的驱动力继续换热。
• 冷流体出口温度有可能超过热流体出口温度！

比如：

• 热流体出口冷却到 40°C
• 冷流体出口可以加热到 80°C（冷流体出口温度 > 热流体出口温度）

3. 数学解释：对数平均温差（LMTD）

换热能力跟“平均温差”成正比，而平均温差用对数平均温差 LMTD计算：

其中：

•∆T₁= 热交换器入口端温差

•∆T₂= 出口端温差

对于相同的进出口条件，逆流的∆T_lm总是大于并流的，意味着：

• 在相同换热面积下，逆流可以传递更多热量
• 或者在相同换热量下，逆流所需的换热面积更小（成本更低）

4. 优点总结（逆流优于并流的原因）

✅ 更高的平均温差 → 更强换热驱动力

✅ 冷流体出口温度更高（甚至可高于热流体出口温度）

✅ 所需换热面积更小 → 节约投资和空间

✅ 温度分布更均匀 → 减少热应力，提高寿命

✅ 更高的热效率 → 能耗更低

5. 何时不用逆流？

虽然逆流通常更好，但有时会用并流：

• 需要两个流体温度在出口处接近，避免过大温差
• 对温度冲击敏感的场合（避免局部过热/过冷）
• 设计、制造成本优先的简单场景

💡 总结一句话：

逆流热交换器更好，因为它能保持全程更大的平均温差，从而在相同条件下实现更高的换热效率、得到更高（或更低）的出口温度，或用更小的设备达到同样换热效果。