Forced convective heat transfer in a straight pipe rotating around a parallel axis
1968; Elsevier BV; Volume: 11; Issue: 7 Linguagem: Inglês
10.1016/0017-9310(68)90034-3
ISSN1879-2189
Autores Tópico(s)Heat Transfer Mechanisms
ResumoTurbulent heat transfer in a pipe rotating around a parallel axis with large angular velocity is studied theoretically by assuming an effective secondary flow due to density difference in a centrifugal field. Flow and temperature fields, fully developed under the condition of constant wall temperature gradient, are analyzed by dividing them into a flow core region and a thin boundary layer along the wall. The analysis consists of two parts in this paper. One is common to different secondary flow problems, and the other in which the body force terms appear explicitly is particular for the present problem. The formulae for the resistance coefficient λ and the Nusselt number Nu are obtained in terms of Re and Δ (Re = Reynoldsnumber, Δ = inertiaforce/bodyforce). It is shown that the increases in the values of λ and Nu due to secondary flow can be expressed in terms of the parameter Re/Γm2 (m = 1 for laminar flow, m = 4 or 5 for turbulent flow) which is found to be a general parameter for various secondary flow problems. The effect of Cariolis force due to secondary flow is shown to be negligibly small. Le transport de chaleur turbulent dans un tuyau tournant autour d'un axe parallèle avec une grande vitesse angulaire est étudié théoriquement en supposant un écoulement secondaire effectif dûà la différence de densité dans un champ centrifuge. Les champs d'écoulement et de température, entièrement établis sous la condition d'un gradient de température pariétale constante, sont analysés en les divisant en une région d'écoulement central et une couche limite mince le long de la paroi. L'analyse consiste de deux parties dans cet article. L'une est commune à differents problémes d'écoulement secondaire, et l'autre dans laquelle les termes de force volumique apparaissent explicitement est particuliére au probléme actuel. Les formules pour le coefficient de résistance λ et le nombre de Nusseit Nu sont obtenues en fonction de Re et deΓ(Re = nombredeReynolds, Γ = forced'inertie/forcevolumique). On montre que les augmentations des valeurs de λ et du Nu dues à l'écoulement secondaire peuvent être exprimées en fonction du paramétre Re/Γm2 (m = 1 pour l'écoulement laminaire, m = 4 ou 5 pour l'écoulement turbulent) que l'on trouve être un paramétre général pour différents problèmes d'écoulement secondaires. L'effet de la force de Coriolis dûà l'écoulement secondaire est négligeable. Der turbulente Wärmeübergang in einem Rohr, das um eine parallele Achse mit grosser Winkelgeschwindigkeit rotiert, wird theoretisch untersucht, wobei eine wirksame Zweitströmung infolge von Dichteunterschieden in einem Zentrifugalfeld angenommen wird. Geschwindigkeits- und Temperaturfelder, die unter der Bedingung konstanter Wandtemperaturgradient en voll ausgebildet sind, werden nach ihrer Aufteilung in einem Strömungskembereich und eine dünne Grenzschicht an der Wand analysiert. Diese Analyse besteht aus zwei Teilen. Einer ist gebräuchlich für verschiedene sekundäre Strömungsprobleme und der andere, in dem die Ausdrücke für die Massenkraft explizit auftreten, ist eigentümlich für das vorliegende Problem. Die Gleichungen für den Widerstandskoeffizienten λ und die Nusselt-Zahl Nu lösen sich in Ausdrücken von Re und (Re—Reynolds-Zahl Γ = Trägheitskraft/Massenkraft.) Es zeigt sich, dass das Anwachsen der Werte von À und Nu auf Grund der Sekundärströmung in Form des Parameters Re/Γfrocase|m/2 (m = l für Laminarströmung, m = 4 oder 5 für turbulente Strömung) ausgedrückt werden kann. Dieser Parameter erweist sich als allgemein gültig für verschiedene Sekundärströmungsprobleme. Der Einfluss der Cariolis-Kraft infolge der Sekundärströmung zeigt sich als vemachlässigbar klein.
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