Portal de Periódicos da CAPES

Natural convection heat transfer between concentric spheres

1970; Elsevier BV; Volume: 13; Issue: 12 Linguagem: Inglês

10.1016/0017-9310(70)90089-x

1879-2189

J. A. Scanlan, E. H. Bishop, R. E. Powe,

Fluid Dynamics and Turbulent Flows

An experimental investigation is described concerning natural convection between two isothermal concentric spheres of various diameter ratios ranging from 1.09 to 2.81. The convecting fluids used were water and two silicone oils yielding Prandtl numbers in the range of 4.7–4148 and Rayleigh numbers, based on gap width, in the range of 1.3 × 103−5.8 × 108. Measured temperature profiles are analyzed in detail with reference to five typical characteristics of the profile shapes. All features of the profiles are explained in terms of postulated convective flow patterns which represent extensions of work previously reported for air under similar conditions. A keffk vs. Rayleigh number heat transfer correlation is presented for each of the three fluids individually, and an overall expression based solely on a modified Rayleigh number is presented which correlates all three liquids as well as air. The correlations fit the data with an average deviation of less than 16 per cent. On considère dans une étude expérimentale la convection naturelle entre deux sphères concentriques isothermes dont le rapport des diamètres varie entre 1,09 et 2,8. Les fluides convectant utilisés sont l'eau et deux huiles silicones correspondant à des nombres de Prandtl compris entre 4,7 et 4,148 et des nombres de Rayleigh, basés sur la valeur de l'écartement variant de 1,3. 103 à 5,8. 108. Les profils de température mesurée sont analysés en détail par référence aux cinq formes de profil caractéristiques. Toutes les allures de profil sont expliquées à partir de modèles d'écoulement convectif qui représentent les extensions du travail déjà publié pour l'air sous des conditions comparables. On représente pour chacun des trois fluides la variation de KeffK en fonction du nombre de Rayleigh et on présente une expression globale basée uniquement sur le nombre de Rayleigh modifié que unifie les résultats obtenus sur les trois liquides aussi bien que pour l'air. Les corrélations représentent les résultats avec un écart moyen inférieur à 16 pour cent. Es werden experimentelle Untersuchungen beschrieben über natürliche Konvektion zwischen zwei konzentrischen isothermen Kugeln mit verschiedenen Durchmesserverhältnissen im Bereich von 1,09 bis 2,81. Als Versuchsflüssigkeiten wurden Wasser und zwei Silikonöle verwendet, die Prandtlzahlen im Bereich von 4,7 bis 4148 und Rayleighzahlen, gebildet mit der Spaltweite, im Bereich von 1,3 103 bis 5,8 108 lieferten. Die gemessenen Temperaturprofile werden genau ausgewertet in bezug auf fünf charakteristische Merkmale der Profilformen. Alle Profileigenheiten werden erklärt mit Hilfe postulierter Strömungsmuster, welche die Erweiterung einer Arbeit darstellen, die kürzlich unter ähnlichen Bedingungen für Luft durchgeführt wurde. Für jede der drei Flüssigkeiten wird eine Beziehung für den Wärmeübergang aufgestellt zwischen keffk und der Rayleighzahl. Ausserdem wird ein allgemeingültiger Ausdruck formuliert, der nur von einer modifizierten Rayleighzahl ausgeht und für alle drei Flüssigkeiten sowie für Luft gültig ist. Die Beziehungen stimmen mit den Messdaten bis auf eine durchschnittliche Abweichung von weniger als 16 Prozent überein.