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Convective heat transfer on a plate in an impinging round hot gas jet of low Reynolds number

1980; Elsevier BV; Volume: 23; Issue: 8 Linguagem: Inglês

10.1016/0017-9310(80)90170-2

1879-2189

C. O. Popiel, Th.H. van der Meer, C. J. Hoogendoorn,

Combustion and flame dynamics

An experimental study has been made of the local heat transfer on the plane isothermal surface in the normal impinging round hot jet of combustion products produced by a rapid heating tunnel burner. A conductivity heat plug, impact tubes and fine wire thermocouples were used to measure heat flux, mean velocity and temperature distributions. Some centerline relative turbulence intensity measurements were done with a Laser Doppler Anemometer. All measurements were obtained at two efflux Reynolds numbers 1860 and 1050; the density ratio between hot combustion products and ambient air was 7.6. Heat transfer was measured at distances between 2 and 20 D. The stagnation point heat transfer within the distances xD ⩽ 5 is in good agreement with Sibulkin's laminar boundary layer theory. In the developed region xD ⩾ 8 strong free jet turbulence effects augmenting the convective heat transfer were observed. The radial heat transfer distributions are qualitatively consistent with those known in the impinging cold jet investigations at low Reynolds numbers. Une étude expérimentale a été faite sur le transfert thermique local pour un plan isotherme et un jet chaud, circulaire l'attaquant normalement, het de produits de combustion sortant à grande vitesse d'un foyer. Différentes sondes sont utilisées pour mesurer le flux thermique, les distributions de vitesse moyenne et de température. Quelques intensites de turbulence sur 1'axe sont mesurées avec un anémométre laser Doppler. Toutes les mesures sont réalisees à deux nombres de Reynolds de sortie égaux à 1860 et 1050; le rapport des densités entre les produits chauds de la combustion et 1'air ambiant est 7,6. Le transfert thermique est mesuré à des distances comprises entre 20 et 200. Le transfert thermique au point d'arrêt pour des distances xD ⩽ 5 est en bon accord avec la théorie de la couche limite laminaire de Sibulkin. Dans la région développée xD ⩾ 8, on observe une forte turbulence de jet libre dont les effets augmentent le transfert thermique. Les distributions radiates du transfert thermique sont qualitativement cohérentes avec celles connues dans les études de jet froid incident aux faibles nombres de Reynolds. Der lokale Wärmeübergang an einer ebenen isothermen Fläche in einem normal auftreffenden runden, heiβen Strahl von Verbrennungsprodukten eines schnell heizenden Tunnelbrenners wurde untersucht. Ein Wärmeleitungseinsatz, Staurohre und feine Drahtthermoelemente wurden für die Messung des Wärmestroms, der mittleren Geschwindigkeit und der Temperaturverteilung verwendet. Einige Messungen der Intensität der relativen Turbulenz an der Mittellinie wurden mit einem Laser-Doppler-Anemometer vorgenommen. Alle Meβergebnisse wurden für zwei Reynolds-Zahlen 1860 und 1050 erhalten. Das Dichteverhältnis zwischen warmen Verbrennungsprodukten und der Umgebungsluft war 7.6. Der Wärmeübergang wurde bei Entfernungen zwischen 2 D und 20 D gemessen. Der Wärmeübergang am Staupunkt innerhalb der Entfernung xD ⩽ 5 stimmt gut mit der laminaren Grenzschichttheorie von Sibulkin überein. Im ausgebildeten Bereich xD ⩾ 8 wurden starke Turbulenzeffekte im Freistrahl beobachtet, die den konvektiven Wärmeübergang verstärken. Die radialen Verteilungen des Wärmeübergangs befinden sich qualitative in Übereinstimmung mit den aus Untersuchungen an kalten Freistrahlen kleiner Reynolds-Zahlen bekannten Verläufen. Экcпepимeнтaльнo иccлeдoвaлcя лoкaльный тeплoпepeнoc нa плocкoй изoтepмиkhcyecкoй пoвepчнocти пpи нaтeкaнии нa нee пoд пpямым yглoм из тyннeльнoй гopeлки кpyглoй нaгpeтoй cтpyи, coдepжaщeй пpoдyкты гopeния. Для измepeния pacпpeдeлeний плoтнocти тeплoвoгo пoтoкa, cpeднeй cкopocти и тeмпepaтypы иcпoльзoвaлиcь тeплoпpoвoднaя вилкa, тpyбки Питo и пpoвoлokhcyныe тepмoэлeмeнты. C пoмoщью лaзepнoгo дoпплepoвcкoгo aнeмoмeтpa пpoвeдeны измepeния oтнocитeльнoй интeнcивнocти aкcиaльнoй тypбyлeнтнocти. Bce измepeния пpoвoдилиcь пpи знakhcyeнияч khcyиcлa Peйнoльдca иcтekhcyeния cтpyи, paвныч 1860 и 1050; oтнoшeниe плoтнocти пpoдyктoв гopeния к плoтнocти oкpyжaющeгo вoздyчa cocтaвлялo 7,6. Плoтнocть тeплoвoгo пoтoкa измepялacь нa paccтoянияч oт 2D дo 20D. Измepeннoe знakhcyeниe плoтнocти тeплoвoгo пoтoкa в тokhcyкe тopмoжeния нa paccтoянии xD ≤ 5 чopoшo coглacyeтcя co знakhcyeниeм, pacckhcyитaнным пo тeopии лaминapнoгo пoгpaниkhcyнoгo cлoя Cибyлькинa. B oблacти paзвитoгo тekhcyeния, sxD ≥ 8, нaблюдaлacь cильнaя cвoбoднaя тypбyлeнтнocть cтpyи, cпocoбcтвyющaя интeнcификaции кoнвeктивнoгo тeплoпepeнoca. Paдиaльнoe pacпpeдeлeниe плoтнocти тeплoвoгo пoтoкa coглacyeтcя кoлиkhcyecтвeннo c извecтными знakhcyeниями, пoлykhcyeнными пpи иccлeдoвaнии нaтeкaющeй чoлoднoй cтpyи пpи низкич знakhcyeнияч khcyиcлa Peйнoльдca.