مبدل حرارتی (heat exchanger) تجهیزی است که برای انتقال حرارت بهینه از یک محیط به محیط دیگر به کار می‌رود. مبدل‌های حرارتی حرارت را بین دو یا چند جریان سیال که درون دستگاه جریان دارند منتقل می‌کنند.
مبدل‌های حرارتی در صنایع زیادی همانند فرآیند، نیروگاه،تهویه مطبوع، تبرید، برودت، بازیافت حرارت و صنایع ساخت و تولید دارند. در صنایع نیروگاهی انواع زیادی ازبویلرهای فسیلی، بخار‌سازهای هسته‌ای، کندانسورهای بخاری، ری‌ژنراتورها و برج‌های خنک کن به کار می‌روند. در صنایع فرآیندی، مبدل‌های جریان دو فاز برای تبخیر، تقطیر، انجماد کریستال و به عنوان بسترهای سیال‌سان (fluidized beds) با واکنش‌های کاتالیستی به کار می‌روند. سیستم‌های تهویه مطبوع و تبرید نیاز به کندانسور و اواپراتور دارند.
پیش‌رفت زیادی در کاربرد مبدل‌های حرارتی صورت گرفته است. یکی از قدم‌های اصلی در پیش‌رفت اولیه بویلرها، معرفی بویلرهای واتر تیوب (water-tube boilers) بود. تقاضا برای موتورهای قدرتمندتر نیاز به بویلرهایی که با فشار بیش‌تر کار کنند را بیش‌تر کرد و در نتیجه بویلرها بزرگ‌تر و بزرگ‌تر شدند. واحدهای بویلری که در نیروگاه‌های مدرن به کار می‌روند فشار بخار بالای 80 بار تولید و از کوره‌های دارای تیوب‌های آب، سوپرهیترها و قسمت‌های بازیافت حرارتی همانند اکونومایزرها و هیترهای هوا و کندانسورهای با کارایی بالا استفاده می‌کنند. تکامل بویلرهای مدرن و کندانسورهای کارامد‌تر برای صنعت نیروگاهی، یک مایل‌استون مهم در مهندسی بوده است.
در صنایع فرآیندی، مهندسان با طراحی تجهیزات تبخیر مایع درگیر هستند. در صنایع شیمیایی، وظیفه یک اواپراتور یا وپورایزر (vaporizer)، تبخیر یک مایع یا تغلیظ یک محلول به وسیله تبخیر بخشی از حلال است. وپورایزرها در فرآیند کریستال‌سازی نیز به کار می‌روند. حلال اغلب آب است ولی در بسیاری از شرایط، حلال با ارزش است و برای استفاده مجدد بازیافت می‌شود. وپورایزرها در فرآیندهای شیمیایی در اندازه‌های مختلفی موجود هستند.
برای پیش‌بینی کارایی یک مبدل حرارتی، لازم است که ابتدا آرایش جریان در مبدل‌های حرارتی را مشخص نماییم؛ سپس نرخ جریان در مسیرهای از پیش مشخص را تعیین کنیم و سوم مقاومت‌های در برابر انتقال حرارت از یک جریان به دیگری را در هر نقطه از حجم مبدل حرارتی محاسبه نماییم. مشخص کردن توزیع دما در هر جریان به وسیله محاسبات ریاضی انجام می‌شود.
زمانی که آرایش‌ها ساده باشند، همانند جریان متقابل (counter flow)، جریان موازی (parallel flow)، جریان متقاطع (cross flow)، جریان متقاطع-متقابل (cross-counter flow)، ومبدل حرارتی پوسته و لوله چند پاسه (multi-pass sheel and tube)، و زمانی که مقاومت در برابر انتقال حرارت در کل حجم یک‌نواخت باشد، اغلب می‌توان معادلات کارایی مربوطه را به صورت تحلیلی حل کرد. از طرف دیگر زمانی که آرایش جریان‌ها پیچیده باشند، همانند حالت عمومی یا زمانی که مقاومت انتقال حرارت از یک نقطه تا نقطه دیگر متفاوت باشد، معادلات مربوطه را باید به وسیله محاسبات عددی حل نمود. عددی که به عنوان مقاومت در مبدل‌های حرارتی واقعی در شرایط مختلف در نظر گرفته می‌شود مهم است که اغلب وابسته به دماهای محلی سیالات دارای انتقال حرارت است.
مبدل‌های حرارتی در صنایع زیادی همانند فرآیند، نیروگاه،تهویه مطبوع، تبرید، برودت، بازیافت حرارت و صنایع ساخت و تولید دارند. در صنایع نیروگاهی انواع زیادی ازبویلرهای فسیلی، بخار‌سازهای هسته‌ای، کندانسورهای بخاری، ری‌ژنراتورها و برج‌های خنک کن به کار می‌روند. در صنایع فرآیندی، مبدل‌های جریان دو فاز برای تبخیر، تقطیر، انجماد کریستال و به عنوان بسترهای سیال‌سان (fluidized beds) با واکنش‌های کاتالیستی به کار می‌روند. سیستم‌های تهویه مطبوع و تبرید نیاز به کندانسور و اواپراتور دارند.
پیش‌رفت زیادی در کاربرد مبدل‌های حرارتی صورت گرفته است. یکی از قدم‌های اصلی در پیش‌رفت اولیه بویلرها، معرفی بویلرهای واتر تیوب (water-tube boilers) بود. تقاضا برای موتورهای قدرتمندتر نیاز به بویلرهایی که با فشار بیش‌تر کار کنند را بیش‌تر کرد و در نتیجه بویلرها بزرگ‌تر و بزرگ‌تر شدند. واحدهای بویلری که در نیروگاه‌های مدرن به کار می‌روند فشار بخار بالای 80 بار تولید و از کوره‌های دارای تیوب‌های آب، سوپرهیترها و قسمت‌های بازیافت حرارتی همانند اکونومایزرها و هیترهای هوا و کندانسورهای با کارایی بالا استفاده می‌کنند. تکامل بویلرهای مدرن و کندانسورهای کارامد‌تر برای صنعت نیروگاهی، یک مایل‌استون مهم در مهندسی بوده است.
در صنایع فرآیندی، مهندسان با طراحی تجهیزات تبخیر مایع درگیر هستند. در صنایع شیمیایی، وظیفه یک اواپراتور یا وپورایزر (vaporizer)، تبخیر یک مایع یا تغلیظ یک محلول به وسیله تبخیر بخشی از حلال است. وپورایزرها در فرآیند کریستال‌سازی نیز به کار می‌روند. حلال اغلب آب است ولی در بسیاری از شرایط، حلال با ارزش است و برای استفاده مجدد بازیافت می‌شود. وپورایزرها در فرآیندهای شیمیایی در اندازه‌های مختلفی موجود هستند.
برای پیش‌بینی کارایی یک مبدل حرارتی، لازم است که ابتدا آرایش جریان در مبدل‌های حرارتی را مشخص نماییم؛ سپس نرخ جریان در مسیرهای از پیش مشخص را تعیین کنیم و سوم مقاومت‌های در برابر انتقال حرارت از یک جریان به دیگری را در هر نقطه از حجم مبدل حرارتی محاسبه نماییم. مشخص کردن توزیع دما در هر جریان به وسیله محاسبات ریاضی انجام می‌شود.
زمانی که آرایش‌ها ساده باشند، همانند جریان متقابل (counter flow)، جریان موازی (parallel flow)، جریان متقاطع (cross flow)، جریان متقاطع-متقابل (cross-counter flow)، ومبدل حرارتی پوسته و لوله چند پاسه (multi-pass sheel and tube)، و زمانی که مقاومت در برابر انتقال حرارت در کل حجم یک‌نواخت باشد، اغلب می‌توان معادلات کارایی مربوطه را به صورت تحلیلی حل کرد. از طرف دیگر زمانی که آرایش جریان‌ها پیچیده باشند، همانند حالت عمومی یا زمانی که مقاومت انتقال حرارت از یک نقطه تا نقطه دیگر متفاوت باشد، معادلات مربوطه را باید به وسیله محاسبات عددی حل نمود. عددی که به عنوان مقاومت در مبدل‌های حرارتی واقعی در شرایط مختلف در نظر گرفته می‌شود مهم است که اغلب وابسته به دماهای محلی سیالات دارای انتقال حرارت است.
