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Combined heat and mass transfer in mixed convection along vertical and inclined plates

1980; Elsevier BV; Volume: 23; Issue: 4 Linguagem: Inglês

10.1016/0017-9310(80)90094-0

1879-2189

T.S. Chen, C. F. Yuh, A. Moutsoglou,

Heat and Mass Transfer in Porous Media

An analysis is performed to study the heat- and mass-transfer characteristics of mixed convection flow along vertical and inclined flat plates under the combined buoyancy effects of thermal and mass diffusion. The analysis is for processes in which the diffusion-thermo and thermo-diffusion effects as well as the interfacial velocities due to mass diffusion are negligibly small. The plate is either maintained at a uniform temperature/concentration or subjected to a uniform heat/mass flux. Numerical results for the local Nusselt number and the local Sherwood number are presented for diffusion of common species into air and water. In general, it has been found that for the thermally assisting flow, the local surface heat- and mass-transfer rates are further enhanced when the buoyancy force from mass diffusion assists the thermal buoyancy force, but are reduced when the two buoyancy forces oppose each other. These trends are reversed for the thermally opposing flow. In addition, the effects of the combined buoyancy forces on the surface heat- and mass-transfer rates are found to diminish as the angle of inclination from the vertical increases. A comparison is also made between results from the uniform surface heat/mass flux and the uniform wall temperature/ concentration. On étudie les caractéristiques du transfert de chaleur et de masse en convection mixte le long de plaques planes verticales ou inclinées, sous l'influence des diffusions de chaleur et de masse. On suppose que la thermodiffusion ainsi que les vitesses interfaciales sont négligeables. La plaque est maintenue soit à température ou concentration uniforme soit encore à flux massique ou thermique uniforme. On présente des résultats numériques pour le nombre de Nusselt local et le nombre de Sherwood local pour la diffusion d'espèces courantes dans l'air et l'eau. On trouve que les flux surfacirues locaux sont augmentés lorsque les forces dues à la diffusion massique assistent celles dues à la diffusior thermique, mais sont réduits quand ces forces s'opposent. De plus, les effets combinés des forces sur les flux surfaciques de masse et de chaleur diminuent lorsque l'angle d'inclinaison par rapport à la verticale augmentent. On fait une comparaison entre les résultats relatifs au flux uniforme de chaleur ou de masse et ceux relatifs,à la température ou concentration uniforme. Eine Analyse wird durchgeführt, um die Eigenschaften des Wärme- und Stoffübergangs von gemischter Konvektionsströmung entlang vertikaler und geneigter ebener Platten unter den gleichzeitigen Einflüssen der Auftriebskräfte von Wärmeleitung und Diffusion zu untersuchen. Die Analyse gilt für Prozesse, bei denen sowohl die Diffusionsthermo- und Thermodiffusionseffekte als auch die Grenzflächengeschwindigkeiten infolge der Stoffdiffusion vernachlässigbar klein sind. Die Platte wird entweder auf gleichmäβiger Temperatur bzw. Konzentration gehalten oder einer gleichmäβigen Wärme- bzw. Massenstromdichte unterworfen. Zahlenmäβige Ergebnisse für die örtliche Nusselt-Zahl und die ortliche Sherwood-Zahl werden für die Diffusion bekannter Stoffe in Luft und Wasser angegeben. Ganz allgemein wurde gefunden, daβ bei thermisch unterstützter Strömung die örtlichen Wärme- und Stoffübergangswerte an der Wand weiter vergröβert werden, wenn die Auftriebskraft infolge von Stoffdiffusion die thermische Auftriebskraft verstärkt, jedoch reduziert werden, wenn die Auftriebskräfte entgegengerichtet sind. Diese Trends werden bei thermisch behinderter Strömung umgekehrt. Auβerdem wurde festgestellt, daβ sich die Wirkungen der kombinierten Auftriebskräfte auf die Wärme- bzw. Stoffübergangswerte an der Oberfläche mit zunehmendem Neigungswinkel, bezogen auf die der Vertikalen, vermindern. Es werden auch die Ergebnisse für gleichförmige Wärme- bzw. Massenstromdichte an der Oberfläche mit denen für gleichmäβige Temperatur bzw. Konzentration verglichen. Пpoвeдeн aнaлиз тeплo- и мaccooбмeнныч чapaктepиcти ккoнвeктивнoгo тeчeния вдoль вepтикaльныч и нaклoнныч плocкич плacтин пpи coвмecтнoм дeйcтвии пoдъiмныч cил, oбycлoвлeнныч диффyзиeй тeплa и мaccы. Aнaлиз выпoлнeн для пpoцeccoв, в кoтopыч диффyзиoнный тepмoэффeкт и тepмoдиффyзиoнный эффeкт, a тaкжe вeличинa cкopocти нa плacтинe, oбycлoвлeннaя диффyзиeй мaccы, пpeнeбpeжимo мaлы. Плacтинa или нaчoдитcя пpи oднopoднoй тeмпepaтype-кoнцeнтpaции или пoдвepжeнa дeйcтвию oднopoднoгo тeплoвoгo-мaccoвoгo пoтoкa. Для диффyзии oбычныч вeщecтв в вoздyчe и вoдe дaны чиcлeнныe знaчeния лoкaльнoгo чиcлa Hycceльтa и лoкaльнoгo чиcлa Шepвyдa. Haйдeнo, чтo тeплoвaя cкopocть лoкaльнoгo тeплo- и мaccoпepeнoca нa пoвepчнocти вoзpacтaeт, ecли пoдъiмнaя cилa, oбycлoвлeннaя диффyзиeй мaccы, нaпpaвлeнa в cтopoнy дeйcтвия пoдъiмнoй cилы, oбycлoвлeннoй диффyзиeй тeплa, и yмeньшaeтcя, ecли эти cилы пpoтивoпoлoжнo нaпpaвлeны. oбpaтнoe влияниe нaблюдaeтcя в cлyчae, ecли тeплoвaя пoдъiмнaя cилa пpoтивoпoлoжнa тeчeнию. Кpoмe тoгo нaйдeнo, чтo coвмecтнoe влияниe пoдъiмныч cил нa cкopocть тeплo- и мaccoпepeнoca нa пoвepчнocти yмeньшaeтcя пo мepe yвeличeния yглa нaклoнa. Пpoвeдeнo cpaвнeниe peзyльтaтoв, пoлyчeнныч пpи oднopoднoм пoтoкe тeплa-мaccы нa пoвepчнocти и пpи oднopoднoй тeмпepaтype-кoнцeнтpaции пoтoкa нa cтeнкe.