Prevádzka výparníka je v podstate prenos tepla a hmoty pracovnej tekutiny za špecifických termodynamických podmienok. Ide o rôzne formy prúdenia a ich fyzikálne vlastnosti, ktoré určujú účinnosť výmeny tepla, prevádzkovú stabilitu a použiteľnosť zariadenia. Hlboké pochopenie fyzikálnych charakteristík kvapalín, plynu a plynových -dvojfázových- tokov poskytuje základ pre výber výparníka, konštrukčný návrh a prevádzkovú optimalizáciu.
V počiatočnom štádiu vstupu kvapalnej pracovnej tekutiny do výparníka sa jej prietokové vlastnosti odrážajú najmä v parametroch ako hustota, viskozita, tepelná vodivosť a merná tepelná kapacita. Hustota ovplyvňuje dodaciu silu čerpadla a distribúciu rýchlosti prúdenia v potrubiach; viskozita sa týka odporu toku a zmáčavosti povrchu výmeny tepla; a tepelná vodivosť a merná tepelná kapacita priamo ovplyvňujú zmysluplnú rýchlosť prenosu tepla. Keď je viskozita pracovnej tekutiny vysoká alebo obsahuje suspendované častice, je náchylná na lokálne upchatie prietokových kanálov alebo nerovnomernú výmenu tepla. Preto sa pri návrhu musí zvážiť prispôsobenie prierezu prietokového kanála- kapacite čerpania a niekedy sa na zlepšenie prietoku používa predhrievanie alebo riedenie.
Ako sa pridáva teplo, teplota kvapalnej pracovnej tekutiny stúpa a prechádza fázovou zmenou pri jej bode varu, čím vstupuje do dvojfázového prietokového stupňa plyn-kvapalina-. Toto je najzložitejšia fáza z hľadiska vlastností kvapaliny vo výparníku. V tomto dvojfázovom prúdení plynná a kvapalná fáza koexistujú s výrazným rozdielom v hustote, čo vedie k rôznym vzorcom prúdenia, ako je stratifikácia, prstencový prúd a prúdenie podobné slimákom. Charakteristiky prenosu tepla a poklesu tlaku rôznych modelov prúdenia sa výrazne líšia. Napríklad prstencové prúdenie má veľký koeficient prestupu tepla v dôsledku tenkého filmu kvapaliny a vysokej rýchlosti plynu, ale ak sa kvapalinový film pretrhne, môže to spôsobiť náhly pokles prenosu tepla alebo dokonca suché steny. Slimák-ako prúd so striedajúcimi sa tekutými kalmi a plynovými vreckami ľahko vedie k kolísaniu tlaku a teploty. Konštrukcia výparníka musí zvoliť vzor prúdenia, ktorý vedie k stabilnému prenosu tepla na základe očakávaných prevádzkových podmienok a viesť vzor prúdenia cez štruktúry, ako sú rozdeľovače kvapaliny a usmerňovače.
Po odparení sa vlastnosti tekutiny v plynnej fáze stávajú dominantnými. Jeho hustota je oveľa nižšia ako hustota kvapalnej fázy a jeho rýchlosť prúdenia sa výrazne zvyšuje, pričom prenáša latentné teplo, keď opúšťa výparník a vstupuje do nasledujúceho systému. V tomto bode je tepelná vodivosť plynu nízka a jeho príspevok k prenosu tepla závisí hlavne od prenosu latentného tepla. Jeho merná tepelná kapacita určuje nárast teploty pri následných kondenzačných alebo kompresných procesoch. Stlačiteľnosť plynov si vyžaduje dostatočné tlakové rezervy v konštrukciách kompresorov a potrubí, aby sa zabránilo erózii alebo hluku spôsobenému nadmernými rýchlosťami prúdenia.
Vlastnosti materiálu vo výparníku tiež súvisia s povrchovým napätím a zmáčavosťou pracovnej tekutiny. Povrchové napätie ovplyvňuje rozloženie a distribúciu hrúbky tekutého filmu na teplovýmennom povrchu, zatiaľ čo zmáčavosť určuje, či môže tekutý film rovnomerne pokryť teplovýmenný povrch na účinný prenos tepla. V prípade pracovných kvapalín náchylných na penenie alebo s abnormálnym povrchovým napätím môže proces odparovania vytvárať veľké množstvo bublín, ktoré bránia stabilite filmu kvapaliny a vyžadujú odpenenie alebo špeciálnu povrchovú úpravu.
Tlak a teplota sú vonkajšie obmedzenia, ktoré riadia všetky vlastnosti materiálu. Tlak určuje bod varu a veľkosť latentného tepla fázovej zmeny a tiež mení rozsah distribúcie fyzikálnych vlastností, ako je hustota a viskozita; teplotné gradienty poháňajú citeľný a latentný prenos tepla a súčasne ovplyvňujú kritické podmienky pre prechody vzorov prúdenia. Udržiavanie stabilného tlaku a teploty počas prevádzky môže zabrániť zhoršeniu prenosu tepla alebo otrasom zariadenia spôsobeným náhlymi zmenami vlastností materiálu.
Optimalizácia dráhy toku výparníka a distribúcie kvapaliny na základe vlastností tekutiny môže zvýšiť koeficient prestupu tepla približne o 8 % až 15 % a znížiť kolísanie spotreby energie spôsobené nestabilitou vzoru prúdenia. Pochopenie a využitie týchto vlastností umožňuje efektívnejší a spoľahlivejší prenos tepla a hmoty v rôznych pracovných kvapalinách a podmienkach, čím poskytuje pevný fyzikálny základ pre aplikácie výparníkov v chladiarenských, chemických a environmentálnych oblastiach.