Разделение процесса переноса теплоты на теплопроводность, конвективный теплообмен и теплообмен излучением удобно для его изучения. В действительности встречается сложный теплообмен, при котором теплота передается двумя или тремя вышеуказанными способами одновременно. Типичным примером сложного теплообмена является теплообмен между стенкой и омывающим ее газом: конвективный теплообмен между движущимся газом и стенкой, теплопроводность внутри стенки и потока газа, излучение и поглощение энергии поверхностью. В связи с этим коэффициент теплоотдачи при сложном теплообмене (a) представляет собой сумму коэффициентов конвективного (aк) и лучистого (aл) теплообмена:
a = aк + aл. (161)
Если стенка омывается жидкостью (например, водой), то aл = 0 и a = aк.
В теплотехнической практике часто тепловой поток от одного теплоносителя (газ, жидкость) к другому передается через разделяющую их твердую стенку. Такой процесс называется теплопередачей. Он является частным случаем сложного теплообмена и включает три этапа: конвективный теплообмен между нагретым теплоносителем (жидкость или газ) и, допустим, левой поверхностью стенки, теплопроводность через стенку и вновь конвективный теплообмен между правой поверхностью стенки к нагреваемому (холодному) теплоносителю. При этом в условиях установившегося (стационарного) режима сложного теплообмена тепловой поток в каждом из этапов один и тот же. Формулы для расчета теплопередачи зависят от формы стенки (плоская, цилиндрическая и т. п.), разделяющей теплоносители.