Ảnh hưởng của hình học đến quá trình truyền nhiệt đối lưu tự nhiên trong các ống hình tròn nghiêng dọc

Emerald - Tập 17 Số 5 - Trang 461-493 - 2007
Maged A.I. El‐Shaarawi1, Esmail M.A. Mokheimer1, Ahmad Jamal
1Mechanical Engineering Department, King Fahd University of Petroleum and Minerals, Dhahran, Saudi Arabia

Tóm tắt

Mục đíchKhám phá ảnh hưởng của các tham số hình học của vòng lọc đến lưu lượng sinh ra và quá trình truyền nhiệt dưới các điều kiện ranh giới nhiệt đối lưu (kết hợp dẫn nhiệt và đối lưu tự do) với một ống được gia nhiệt ổn định trong khi ống còn lại giữ ở nhiệt độ của chất lỏng đầu vào.Thiết kế/phương pháp/tiếp cậnMột thuật toán sai phân hữu hạn đã được phát triển để giải các phương trình lớp biên lưỡng cực cho truyền nhiệt đối lưu tự do laminar trong các vòng ống dọc nghiêng.Kết quảKết quả số được trình bày cho chất lỏng có số Prandtl, Pr=0.7 trong các vòng ống nghiêng. Các tham số hình học của NR2E (tỉ số bán kính ống chất lỏng và độ lệch tâm, tương ứng) có ảnh hưởng đáng kể đến kết quả.Ý nghĩa thực tiễnCác ứng dụng của kết quả thu được có thể có giá trị trong ngành công nghiệp trao đổi nhiệt, trong làm lạnh cáp điện ngầm và trong làm lạnh các động cơ điện nhỏ và máy phát điện dọc.Tính độc đáo/giá trịBài báo trình bày kết quả chưa có trong tài liệu cho vấn đề đối lưu tự do laminar kết hợp trong các kênh ống hình tròn dọc mở ở hai đầu. Ảnh hưởng của hình học đã được nghiên cứu bằng cách xem xét các ống chất lỏng có tỉ số bán kính NR2=0.1 và 0.3, 0.5 và 0.7 cùng với bốn giá trị độ lệch tâm E=0.1, 0.3, 0.5 và 0.7. Hơn nữa, các khoảng thực tiễn của tỉ số độ dẫn nhiệt của chất rắn-chất lỏng (KR) và độ dày thành thường có trong tiêu chuẩn ống cũng đã được điều tra. Kết quả như vậy rất cần thiết cho mục đích thiết kế thiết bị truyền nhiệt.

Từ khóa


Tài liệu tham khảo

Anand, N.K. and Tree, D.R. (1987), “Some studies of the effects of axial conduction in a tube wall on the steady‐state laminar convective heat transfer”, Journal of Heat Transfer, Vol. 109, pp. 1025‐8. Cheng, K.C. and Hwang, G.J. (1968), “Laminar forced convection in eccentric annuli”, A.I. Ch. E. Journal, Vol. 14 No. 3, pp. 510‐2. Dyler, J.R. and Fowler, J.H. (1966), “The development of natural convection in a partially‐heated vertical channel formed by two parallel surfaces”, Mechanical and Chemical Engineering Trans., The Institution of Engineers Australia, MC2, Perth, pp. 12‐16. El‐Shaarawi, M.A.I. and Haider, S.A. (2001), “Critical conductivity ratio for conjugate heat transfer in eccentric annuli”, International Journal of Numerical Methods for Heat & Fluid Flow, Vol. 11 No. 2, pp. 255‐77. El‐Shaarawi, M.A.I. and Mokheimer, E.M.A. (1998), “Free convection in vertical eccentric annuli with a uniformly heated boundary”, International Journal of Numerical Methods for Heat & Fluid Flow, Vol. 8 No. 5, pp. 488‐503. El‐Shaarawi, M.A.I. and Mokheimer, E.M.A. (1999), “Developing free convection in open ended vertical eccentric annuli with isothermal boundaries”, Journal of Heat Transfer, Transaction ASME, Vol. 121 No. 1, pp. 63‐72. El‐Shaarawi, M.A.I. and Negm, A.A.A. (1999), “Transient combined natural convection‐conduction in open‐ended vertical concentric annuli”, Heat and Mass Transfer, Vol. 35, pp. 133‐41. El‐Shaarawi, M.A.I., Abualhamayel, H.I. and Mokheimer, E.M.A. (1998), “Developing laminar forced convection in eccentric annuli”, Heat and Mass Transfer, Vol. 33, pp. 353‐62. El‐Shaarawi, M.A.I., Al‐Nimr, M.A. and Hader, M.A. (1995), “Transient conjugated heat transfer in concentric annuli”, International Journal of Numerical Methods in Heat & Fluid Flow, Vol. 5, pp. 459‐73. El‐Shaarawi, M.A.I., Mokheimer, E.M.A. and Abulhamayal, H.I. (2001), “Limiting values for free convection induced flow rates in vertical eccentric annuli”, Numerical Heat Transfer, 39A, Vol. 6, pp. 611‐30. Feldman, E.E., Hornbeck, R.W. and Osterle, J.F. (1982a), “A numerical solution of laminar developing flow in eccentric annular ducts”, International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 25 No. 2, pp. 231‐41. Feldman, E.E., Hornbeck, R.W. and Osterle, J.F. (1982b), “A numerical solution of temperature for laminar developing flow in eccentric annular ducts”, International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 25 No. 2, pp. 243‐53. Hughes, W.F. and Gaylord, E.W. (1964), Basic Equations of Engineering Science, Schaum Outline Series, McGraw‐Hill, New York, NY, pp. 150‐1. Jamal, A. (2002), “Conjugate free convection heat transfer in vertical eccentric annuli”, MS thesis, Mechanical Engineering Department, King Fahd University of Petroleum and Minerals (KFUPM), Dhahran. Kim, S.H. and Anand, N.K. (1990), “Effect of wall conduction on free convection between asymmetric heated vertical plates: uniform wall heat flux”, International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 33 No. 5, pp. 1013‐23. Kim, S.H., Anand, N.K. and Fletcher, L.S. (1991), “Free convection between series of vertical parallel plates with embedded line heat source”, Journal of Heat Transfer, Vol. 113, pp. 108‐15. Manglik, R.M. and Fang, P.P. (1995), “Effect of eccentricity and thermal boundary conditions on laminar fully developed flow in annular ducts”, International Journal of Heat and Fluid Flow, Vol. 16, pp. 298‐306. Mokheimer, E.M.A. (1996), “Heat transfer in eccentric annuli”, PhD dissertation, Mechanical Engineering Department, King Fahd University of Petroleum and Minerals (KFUPM), Dhahran. Redberger, P.J. and Charles, M.E. (1962), “Axial laminar flow in a circular pipe containing a fixed eccentric core”, The Canadian Journal of Chemical Engineering, Vol. 40, pp. 148‐51. Sakakibara, M., Mori, S. and Tanimoto, A. (1987), “Conjugate heat transfer laminar flow in an annulus”, The Canadian Journal of Chemical Engineering, Vol. 65, pp. 541‐9. Shah, R.K. and London, A.L. (1978), Laminar Flow Forced Convection in Ducts, Academic Press, New York, NY. Shu, C. and Wu, Y.L. (2002), “Domain‐free discretization method for doubly connected domain and its application to simulate natural convection in eccentric annuli”, Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, Vol. 191 Nos 17/18, pp. 1827‐41. Trombetta, M.L. (1972), “Laminar forced convection in eccentric annuli”, International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 14, pp. 1161‐72.