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Effects of density inversion on free convective heat transfer in porous layer heated from below

1974; Elsevier BV; Volume: 17; Issue: 11 Linguagem: Inglês

10.1016/0017-9310(74)90136-7

1879-2189

Yin‐Chao Yen,

Heat Transfer and Optimization

A study was conducted to investigate the effects of density inversion on free convective heat transfer in a porous layer heated from below. Glass beads in water composed the porous medium. For upper boundary at 4 and 8°C, thus eliminating the effect of density inversion on the onset of convection, the critical Rayleigh number was found to be 4π2. The effect of density inversion was evaluated by maintaining the upper boundary temperature at 0°C. The onset of convection was found to be dependent on two thermal parameters which are functions of the boundary temperatures and the coefficients representing the fluid density-temperature relation. The Nusselt number can be represented in terms of a modified Rayleigh number. The effect of density inversion on heat-transfer rate was found to be significant and to decrease as the temperature difference across the layer increases. For small AT, the effect of density inversion causes heat-transfer rate to be as much as 100 per cent less than under non-density inversion conditions. On analyse l'effet de l'inversion de densité sur le transfert thermique par convection libre dans une couche poreuse chauffée par le bas. Des billes de verre constituent le milieu poreux. Pour la frontière supérieure à 4 et 8°C, ce qui élimine l'effet de l'inversion de densité, le nombre de Rayleigh critique est égal à 4π2. L'influence de l'inversion de densité est évaluée en maintenant la frontière supérieure à 0°C. L'établissement de la convection dépend de deux paramètres thermiques qui sont fonctions des températures aux limites et des coefficients qui représentent la dépendance de la masse volumique vis à vis de la température. Le nombre de Nusselt peut être représenté en fonction du nombre de Rayleigh modifié. L'effet de l'inversion de densité sur le transfert thermique est très sensible et il décroit lorsque la différence de température à travers la couche augmente. Pour des faibles ΔT, l'effet de l'inversion de densité est tel que le transfert thermique peut être moitié de celui qui correspond à l'absence d'inversion de densité. Es wurde eine Studie durchgeführt, um die Einflüsse einer Dichte-Inversion auf den Wärmeübergang bei freier Konvektion in einer porösen, von unten beheizten Schicht zu untersuchen. Glaskörner in Wasser stellten das poröse Medium dar. Für die Temperaturen von 4 und 8°C an der Oberseite, bei denen der Einfluβ von Dichte-Inversion auf das Einsetzen der Konvektion ausgeschlossen war, ergab sich die kritische Rayleigh-Zahl zu 4π2. Der Einfluβ der Dichte-Inversion wurde durch Aufrechterhalten von 0°C an der Oberseite zur Geltung gebracht. Es ergab sich, daβ das Einsetzen der Konvektion von zwei thermischen Parametern abhängt, die Funktionen der Grenztemperaturen und der Koeffizienten sind, durch welche die Temperaturabh ängigkeit der Dichte ausgedrückt wird. Die Nusselt-Zahl kann als Funktion einer modifizierten Rayleigh-Zahl dargestellt werden. Es ergab sich ein signifikanter Einfluβ der Dichte-Inversion auf die übertragene Wärme, der mit steigender Temperaturdifferenz in der Schicht abnimmt. Für kleine ΔTführt die Dichte-Inversion zum Rückgang der übertragenen Wärme um 100% gegenüber Bedingungen ohne Dichte-Inversion. Иc;c;лe;дy;e;тc;я b;лияh;иe; иh;b;e;p;c;ии плo;тh;o;c;ти h;a; тe;плo;o;бмe;h; пp;и c;b;o;бo;дh;o;й кo;h;b;e;кпии b; h;a;гp;e;b;a;e;мo;м c;h;изy; пo;p;иc;тo;м c;лo;e;, c;o;c;тo;ящe;м из c;тe;кляh;ыч щa;p;икo;b; и b;o;ды. h;a;идe;h;o;, khcy;тo; кp;итиkhcy;e;c;кo;e; khcy;иc;лo; p;e;лe;я p;a;b;h;o; 4я2 пp;и тe;мпe;p;a;тy;p;e; b;e;p;чh;e;й гp;a;h;ицы 4° и 8°C, кo;гдa; h;c;клюkhcy;a;e;тc;я b;лияh;иe; иh;b;e;p;c;ии плo;тh;o;c;ти h;a; b;o;зh;икh;o;b;e;h;иe; кo;h;b;e;кции. b;лияh;иe; иh;b;e;p;c;ии плo;тh;o;c;ти o;пp;e;дe;лялo;c;ь пp;и тe;мпe;p;a;тy;p;e; b;e;p;чh;e;й гp;a;h;ицы, p;a;b;h;o;й °C. h;a;йдe;h;o;, khcy;тo; b;o;зh;икh;o;b;e;h;иe; кo;h;b;e;кции зa;b;иc;ит o;т дb;y;ч тe;плo;b;ыч пa;p;a;мe;тp;o;b;, кo;тo;p;ыe; яb;ляютc;я фy;h;кциями тe;мпe;p;a;тy;p; h;a; гp;a;h;ицa;ч c;лo;я и кo;эффициe;h;тo;b;, пp;e;дc;тa;b;ляющич зa;b;иc;имo;c;ть плo;тh;o;c;ти жидкo;c;ти o;т тe;мпe;p;a;тy;p;ы, khcy;иc;лo; h;y;c;c;e;льтa; мo;жh;o; пp;e;дc;тa;b;ить b; b;идe; мo;дифипиp;o;b;a;h;h;o;гo; khcy;иc;лa; p;e;лe;я. h;a;йдe;h;o;, khcy;тo; b;лияh;иe; иh;b;e;p;c;ии плo;тh;o;c;ти h;a; иh;тe;h;c;иb;h;o;c;ть тe;плo;o;бмe;h;a; яb;ляe;тc;я c;y;щe;c;тb;e;h;яым и y;мe;h;ьщa;e;тc;я c; y;b;e;лиkhcy;e;h;иe;м p;a;зh;o;c;ти тe;мпe;p;a;тy;p; khcy;e;p;e;з c;лo;й. Pp;и мa;лo;м зh;a;khcy;e;h;ии ΔT иh;b;e;p;c;ия плo;тh;o;c;ти y;мe;h;ьшa;e;т иh;тe;h;c;иb;h;o;c;ть тe;плo;o;бмe;h;a; h;a; 100% пo; c;p;a;b;h;e;h;ию c;o; c;лy;khcy;a;e;м o;тc;y;тc;тb;ия иh;b;e;p;c;h;и плo;тh;o;c;ти.