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Analysis of passive cooling in a vertical finite channel using a falling liquid film and buoyancy-induced gas-vapor flow

1991; Elsevier BV; Volume: 34; Issue: 9 Linguagem: Francês

10.1016/0017-9310(91)90059-n

1879-2189

Harry Chiang, Clement Kleinstreuer,

Fluid Dynamics and Thin Films

A fundamental study of the coupled effects of a falling, partially vaporizing liquid film and buoyancy-induced gas-vapor flow in a vertical one-sided heated channel is presented for different film Reynolds numbers, liquid film inlet temperatures, wall heat fluxes and channel spacings. The transient (elliptic) gas-phase transport equations are solved numerically in conjunction with the laminar (parabolic) liquid film equations. The validated computer simulation model is used to depict transient developments of streamlines, gas-phase parameters and interfacial quantities as well as steady-state velocity profiles, temperature profiles and averaged Nusselt number distributions. The present analysis may contribute to the solution of passive cooling problems associated with electronic equipment operations, manufacturing processes, modern nuclear power plant designs and numerous environmental phenomena. Une étudie fondamentale des effets couplés d'un film liquide tombant, avec vaporisation partielle, et d'un écoulement gaz-vapeur de convection naturelle dans un canal vertical chauffé sur une paroi est présentée pour différents nombres de Reynolds de film, plusieurs températures d'entrée du liquide, plusieurs flux thermiques pariétaux et espacements du canal. Les équations du transport variable (elliptique) de la phase gazeuse sont résolues numériquement en relation avec les équations du film liquide laminaire (parabolique). Le modèle de simulation numérique validé est utilisé pour dépeindre le développement variable des lignes de courant, des paramèters de la phase gazeuse et des grandeurs interfaciales aussi bien que les profils stationnaires de vitesse, de température et les distributions des nombres de Nusselt moyens. La présente analyse peut contribuer à la résolution des problèmes de refroidissement passif associés au fonctionnement d'équipement électronique, aux processus de fabrication à la conception des centrales nucléaires modernes et à de nombreux phénomènes d'environnement. Die gekoppelten Effekte eines teilweise verdampfenden Rieselfilms und einer auftriebsinduzierten Gas-Dampf-Strömung in einem senkrechten einseitig beheizten Kanal wird grundlegend untersucht. Folgende Parameter werden variiert: Reynolds-Zahl des Filmes, Eintrittstemperatur des Filmes, Wärmestromdichte an der Wand und Weite des Kanals. Die transienten (elliptischen) Transportgleichungen für die Gasphase werden in Verbindung mit den (parabolischen) Gleichungen für den laminaren Flüssigkeitsfilm numerisch gelöst. Das validierte Simulationsmodell wird eingesetzt, um die transiente Entwicklung der Stromlinien, der Parameter für die Gasphase und der Schnittstellengröβen, wie auch stationäre Geschwindigkeitsprofile, Temperaturprofile und die Verteilung der gemittelten Nusselt-Zahl darzustellen. Die vorliegende Untersuchung mag zur Lösung von Problemen der passiven Kühlung beim Betrieb elektronischer Bauteile, bei Fertigungsvorgängen, bei der Auslegung moderner Kernkraftwerke und zahlreichen Umweltproblemen beitragen. oпиcыBAeтcя ФyHдAMeHтAльHoe иccлeдoBAHиe BзAиMocBязAHHыч эффeктoB cтeкAющeй чAcтичHo иcпApяющeйcя зидкoй плeHки и cBoбoдHoкoHBeктиBHoгo пApo-гAзoBoгo пoтoкA B BepтикAльHoM кAHAлe c oдHocтopoHHиM HAгpeBoM пpи pAзличHыч чиcлAч peйHoльдcA плeHки, тeMпepAтypAч зидкoй плeHки HA Bчoдe, тeплoBыч пoтoкAч HA cтeHкe и пApAMeтpoB кAHAлA. чиcлeHHo peщAютcя coпpязeHHыe HecтAциoHApHыe ypABHeHия пepeHocA B гAзooбpAзHoй фAзe и ypABHeHия для лAMиHApHoй зидкoй плeHки. AпpoбиpoBAHHAя Moдeль pAcчeтA HA ЭBM иcпoльзyeтcя для oпиcAHия HecтAциoHApHыч пpoцeccoB oбтeкAHия и oпpeдeлeHия пApAMeтpoB гAзoBoй фAзы иBeличиH HA MeзфAзHoй гpAHицe, A тAкзe ycтoйчиBыч пpoфилeй cкopocтeй, пpoфилeй тeMпepAтyp и pAcпpeдeлeHий ycpeдHeHHыч чиceл HycceльтA. пpeдлoзeHHый AHAлиз Moзeт ycпeшHo пpиMeHятьcя для peшeHия зAдAч пAccиBHoгo oчлAздeHия, cBязAHHыч c pAбoтoй элeктpoHHoгo oбopyдoBAHия, пpoизBoдcтBeHHыMи пpoцeccAMи, coBpeMeHHыMи кoHcтpyкцияMи AЭc и pAзличHыMи яBлeHияMи, HAблюдAeMыMи B oкpyзAющeй cpeдe.