Experiments on mixed convection heat transfer for airflow in a horizontal and inclined channelExperiences sur la convection thermique mixte pour un ecoulement d'air dans un canal horizontal ou inclineExperimentelle bestimmung des wärmeübergangs an einen luftstrom bei mischkonvektion in einem horizontalen und geneigten kanalЭкcпepимehтaльhoe иccлeдoвahиe тeплooвмeha пpи cмeшahhoй кohвeкпии вoздычa в гopизohтaляhoм и haклohhoм кahaлaч

https://doi.org/10.1016/0017-9310(87)90163-3Get rights and content

Abstract

Experiments have been performed to investigate mixed convection heat transfer in the thermal entry region of a parallel plate channel heated uniformly from below. The effect of surface heat flux and channel orientation on the local Nusselt number was studied for Pr = 0.7, 125 < Re < 500, 7 × 103 < Gr∗ < 1 × 106, and 0 < 0 < 30°. Heat transfer was initially dominated by forced convection and showed a rapid decline in the Nusselt number. Following the onset of thermal instability, secondary flow development caused a sharp increase in the Nusselt number, which was followed by a maximum and subsequent oscillations. The Nusselt number oscillations eventually decayed, yielding a fully developed value which depended on the Grashof number. The onset of instability was delayed by decreasing the Grashof number and/or by increasing the Reynolds number and the inclination angle. For the inclined channel, significant heat transfer enhancement occurred prior to onset of the secondary flow.

Résumé

Des expériences on été faites sur la convection mixte de la chaleur dans la région d'entrée d'un canal plat chauffe uniformément par le bas. L'effet du flux thermique et l'orientation du canal sur le nombre local de Nusseit est étudié pour Pr = 0,7, 125 < Re < 500, 7 · 103 < Gr∗ < 106 et 0 < θ < 30°. Le transfert thermique est initialement dominé par la convection forcée et il montre un déclin rapide en nombre de Nusselt. A la suite de l'apparition de l'instabilité thermique, un développement d'écoulement secondaire cause une forte augmentation du nombre de Nusselt qui est suivie d'un maximum et d'oscillations. Ces oscillations du nombre de Nusselt diminuent éventuellement jusqu'à une valeur pleinement établie qui dépend du nombre de Grashof. L'apparition de l'instabilité est retardée par la diminution du nombre de Grashof et/ou par l'augmentation du nombre de Reynolds et de l'angle d'inclinaison. Pour le canal incliné, un accroissement significatif du transfert thermique se produit avant l'apparition de l'écoulement secondaire.

Zusammenfassung

Die Experimente wurden durchgeführt, um den Wärmeübergang bei Mischkonvektion im Einlaufbereich einer Spaltströmung bei aufgeprägter Wärmestromdichte an der unteren Platte zu untersuchen. Es wurde der Einfluβ der Wärmestromdichte und der Kanalneigung auf die örtliche Nusselt-Zahl für Pr = 0,7; 125 < Re < 500; 7–103 < Gr < 106 und 0 < θ < 30° untersucht. Der Wärmeübergang wurde zu Beginn hauptsächlich durch die erzwungene Konvektion bestimmt und zeigte ein schnelles Abnehmen der Nusselt-Zahl. Nach Einsetzen der thermischen Instabilität verursachte das Auftreten einer Sekundärströmung ein starkes Ansteigen der Nusselt-Zahl bis zu einem Maximum mit nachfolgenden Schwingungen. Die Schwingungen klingen möglicherweise bis auf einen konstanten Wert ab, der eine Funktion der Grashof-Zahl ist. Das Eintreten der Instabilität wird durch Verringerung der Grashof-Zahl und/oder durch Erhöhung der Reynolds-Zahl und des Neigungswinkels verzögert. Beim geneigten Kanal trat die signifikante Erhöhung des Wärmeübergangs bereits vor dem Einsetzen der Sekundärströmung auf.

Реферат

Пpoвeдehы зкцepиehты пo hзyчehhю cмeщahhoгo кohвeктhвhoгo тehлohepehoca в тeплoвoй вчoдhoй oблacтh hлocкohapaллeльhoгo кahaлa, paвhoмepho haгpeвaeмoгo chhзy. Изyчaлocь влhяhhe hлoтhocтh тeплoвoгo пoтoкa и ophehтaцhи кahaлa ha мecтhoe чhcлo Hycceльтa для Pr = 0,7 h 125 < Re < 500; 7.103 < Gr < 10106 h 0 < 0 < 30°. Пepвohaчaльho пpeoблaдaющhи вклaд в тeплooбмeh вhochлa выhyждehhaя кohвeкцhя, чтo пphвoдилo к peзкoмy yмehьщehhю чhcл.a hycceльтa. Пocлe вoзhhкhoвehhя тeплoвoй heycтoйчhвocти paзвhвaлhcь втophчhыe тeчehия, кoтopьиe вызывaлh peзкий pocт чhcлa hycceльтa, cмehяющийcя hocлe дocтhжehия мaкchмyмa пephoдhчecкhмh кoлeбahhями. Дaлee кoлeбahия чиcлa hycceльтa пoлhocтью пpeкpaщaлhcь h дocтhгaлacь вeл.ичhha, з.aвhcящaя oт чhcлa Гpacгoфa. haчaлo вoзhhкhoвehhя heycтoйчhвocти мoжho зaтяhyть, yмehьщaя чhcлo Гpacгoфa и/hли yвeличивaя чиcлo Peйhoльдca h yгoл haклoha. Для haклohhoгo кahaлa haблюдaлocь зhaчитeльhoe ychлeииe тehлooбмeиa eщe дo haчaлa втophчhoгo тeчehhя.

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