Electro-chemical measurements of mass transfer in semi-cylindrical hollows
1979; Elsevier BV; Volume: 22; Issue: 1 Linguagem: Inglês
10.1016/0017-9310(79)90099-1
ISSN1879-2189
Autores Tópico(s)Petroleum Processing and Analysis
ResumoMeasurements are described of the circumferential distribution of local Sherwood number in a semi-cylindrical hollow oriented transverse to the main flow in the base of a narrow rectangular channel. This geometry, among other reasons, is of interest because of its application to blood oxygenation equipment. The experimental arrangement was such that hydro-dynamically fully-developed laminar flow existed at entry to the hollow, and measurements covered a Reynolds number range of about 20–500 based on the hollow diameter and channel mean velocity. An electro-chemical technique, in which a redox couple comprised the electrolyte and thin nickel wires formed the test electrodes, was utilized. Current measurements, made under conditions of diffusion-controlled electrolytic reaction, led to the evaluation of the Sherwood number. The circumferential distribution of Sherwood number within the hollow as a function of the Reynolds number of flow and the hollow size are presented in graphical form. Sherwood number increased with both the Reynolds number and the hollow diameter, but it usually exhibited a minimum somewhere in the upstream quadrant of the hollow. The Sherwood number, averaged over the hollow circumference, was computed and yielded a correlation identical to the one in the absence of the hollow, except for a smaller value of the constant. The results were compared with a numerical calculation by Snuggs and Aggarwal of the Sherwood number distribution in the hollow and were found to be in excellent agreement. On décrit des mesures des distribution circonférentielle du nombre de Sherwood local dans une cavité semi-cylindrique orientée perpandiculairement à l'écoulement principal, à la base d'un canal rectangulaire et étroit. Cette géométrie entre autres raisons, est intéressante par son application à l'équipement d'oxygénation du sang. Les conditions expérimentales sont telles que l'écoulement laminaire est dynamiquement établi à l'entrée de la cavité et les mesures couvrent un domaine de nombre de Reynolds de 20 à 500, basé sur le diamètre de la cavité et sur la vitesse moyenne du canal. On utilise une technique électrochimique avec un couple d'oxydo-réduction et des fils fins de nickel pour électrodes des mesures de courant, faites dans des conditions de réaction électroytique contrôlée par la diffusion, conduisent à l'évaluation du nombre de Sherwood. On présente graphiquement la distribution circonférentielle du nombre de Sherwood dans la cavité, en fonction du nombre de Reynolds de l'écoulement et de la taille de la cavité. Le nombre de Sherwood croît aussi bien avec le nombre de Reynolds qu'avec le diamètre de la cavité, mais il présente usuellement un minimum dans le quadrant amont. Le nombre de Sherwood, pris en moyenne sur la circonférence est déterminé et il conduit à une formule semblable à celle en l'absence de la cavité, à la différence près d'une constante plus faible. Les résultats sont comparés à des calculs numériques de Snuggs et Aggarwal pour la distribution du nombre de Sherwood dans la cavité et on trouve un excellent accord. Es werden Messungen der über den Umfang verteilten örtlichen Sherwood-Zahlen in einer halbkreisförmigen Rinne beschrieben. Die Rinne verläuft quer zur Hauptströmungsrichtung in der Grundfläche eines engen, rechteckigen Kanals. Diese Geometrie ist u. a. deshalb interessant, weil sie in Apparaten zur Sauerstoffanreicherung von Blut Verwendung findet. Die Versuchsanordnung war so gewählt, daβ am Eintritt in die Rinne eine hydrodynamisch voll ausgebildete, laminare Strömung vorlag. Die Messungen umfaβten einen Bereich der Reynolds-Zahl von ungefähr 50 bis 500, wobei die Reynolds-Zahl mit dem Öffnungsdurchmesser und der mittlern Strömungsgeschwindigkeit im Kanal gebildet wird. Es kam eine elektrochemische Technik zur Anwendung, bei der ein Redox-Paar den Elektrolyten enthielt und dünne Nickeldrähte die Versuchselektroden bildeten. Strommessungen, die unter den Bedingungen der durch Diffusion bestimmten elektrolytischen Reaktion gemacht wurden, führten zur Bestimmung der Sherwood-Zahl. Die Verteilung der Sherwood-Zahl über den inneren Umfang der Rinne wird als Funktion der Reynoldszahl der Strömung und der Öffnungsgröβe grafisch dargestellt. Die Sherwood-Zahl nimmt sowohl mit der Reynolds-Zahl als auch mit dem Öffnungsdurchmesser zu, aber sie weist im allgemeinen irgendwo im stromaufwärts gelegenen Quadranten der Rinne ein Minimum auf. Die über den Umfang der Rinne gemittelte Sherwood-Zahl wurde berechnet und führte zu einer Korrelation, die bis auf einen kleineren Wert der Konstante derjenigen in Abwesenheit der Rinne entspricht. Die Ergebnisse wurden mit einer numerischen Berechnung der Verteilung der Sherwood-Zahl in der Rinne nach Snuggs und Aggarwal verglichen, wobei eine ausgezeichnete Übereinstimmung festgestellt werden konnte. Пpoвeдeны измepeния тaнгeнциaльнoгo pacпpeдeлeния лoкaльнoгo чиcлa Шepвyдa в пoлyцилиндpичecкoй пoлocти, opиeнтиpoвaннoй пoпepeк ocнoвнoгo пoтoкa y ocнoвaния yзкoгo пpямoyгoльнoгo кaнaлa. Пoмимo дpyгич пpичин, этa гeoмeтpия интepecнa тeм, чтo oнa иcпoльзyeтcя в aппapaтe пo oбoгaщeнию кpoви киcлopoдoм. Экcпepимeнтaльнaя чacть cмoнтиpoвaнa тaким oбpaзoм, чтo нa вчoдe в пoлocть имeeт мecтo гидpoдинaмичecки пoлнocтью paзвитoe лaминapнoe тeчeниe, и измepeния пpoвoдятcя в диaпaзoнe чиcлa Peйнoльдca oт 20 дo 500, oтнeceннoгo к диaмeтpy пoлocти и cpeднeй cкopocти тeчeния в кaнaлe. Иcпoльзoвaлcя элeктpoчимичecкий мeтoд измepeния, пpи кoтopoм элeктpoдaми cлyжaт никeлeвыe пpoвoлoчки, oбpaзyющиe вмecтe c элeктpoлитoм oкиcлитeльнo-вoccтaнoвитeльнyю cиcтeмy. чиcлo Шepвyдa oпpeдeлялocь пo зaмepaм тoкa пpи элeктpoлитичecкoй peaкции, кoнтpoлиpyeмoй диффyзиeй. Пpивeдeн гpaфик тaнгeнциaльнoгo pacпpeдeлeния знaчeний чиcлa Шepвyдa в пoлocти в зaвиcимocти oт чиcлa Peйнoльдca для пoтoкa и paзмepa пoлocти. чиcлo Шepвyдa вoзpacтaлo c yвeличeниeм чиcлa Peйнoльдca и диaмeтpa пoлocти, нo вceгдa ocтaвaлocь минимaльным нa нaчaльнoм yчacткe. Пpoвeдeн pacчiт чиcлa Шepвyдa, ocpeднeннoгo пo oкpyжнocти пoлocти, в peзyльтaтe чeгo пoлyчeнa зaвиcимocть, идeнтичнaя зaвиcимocти пpи oтcyтcтвии пoлocти, зa иcключeниeм бoлee низкoгo знaчeния пocтoяннoй. peзyльтaты cpaвнивaлиcь c чиcлeнными дaнными Cнaггca и Aггapвaлa пo pacпpeдeлeнию чиcлa Шepвyдa в пoлocти и пoлyчeнo oчeнь чopoшee cooтвeтcтвиe.
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