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Analysis of natural convection in vertically-vented enclosures

1991; Elsevier BV; Volume: 34; Issue: 12 Linguagem: Inglês

10.1016/0017-9310(91)90073-n

1879-2189

D. M. Sefcik, Brent W. Webb, H. S. Heaton,

Fluid Dynamics and Turbulent Flows

Natural convection in vertically-vented enclosures is investigated theoretically. A verticallyvented enclosure is one in which the buoyancy-driven flow and heat transfer are restricted by vents in the top and bottom bounding walls of the enclosure. The governing conservation equations are solved numerically using a control volume-based finite difference technique with the appropriate pressure boundary conditions at the inlet and exit vents. The results reveal strongly non-uniform local heat transfer along the isothermal wall as a result of the blockage at the inlet. A local maximum and minimum in heat transfer occur in the lower half of the enclosure. The predictions for the flow field reveal that these heat transfer extrema are attributed to a recirculation zone near the inlet gap and primary flow attachment along the heated wall. The results show asymptotic behavior to the classical vertical parallel plate result in the limit as the vent gap approaches the enclosure width. On étudie théoriquement la convection naturelle dans des cavités ventilées verticalement. Une telle cavité est telle que l'écoulement flottant et le transfert de chaleur sont conditionnés par des évents au sommet et au plancher des parois de la cavité. Les équations de conservation sont résolues numériquement par une technique de volume de contrôle et de différences finies avec les conditions aux limites de pression appropriées aux events. Les résultats révèlent un transfert thermique local non uniforme le long des parois isothermes du fait de blocage à l'entrée. Un maximum local et un minimum du transfert thermique apparaissent dans la moitié inférieure de la cavité. Les prédictions du champ d'écoulement révèlent que ces extrema sont attribuables à une zone de recirculation proche de l'évent d'entrée et au recollement de l'écoulement primaire le long de la paroi chauffée. Les résultats montrent un comportement asymptotique au cas classique des plaques verticales parallèles lorsque la largeur de l'évent d'entrée s'approche de celle de la cavité. Die natürliche Konvektion in senkrecht belüfteten Hohlräumen wird theoretisch untersucht. Ein senkrecht belüfteter Hohlraum ist dadurch gekennzeichnet, daβ die Auftriebsströmung und der Wärmeübergang durch Lüftungsschlitze an der oberen und unteren Stirnwand beeinfluβt werden. Die grundlegenden Erhaltungsgleichungen werden unter Verwendung eines Finite-Differenzen-Verfahrens mit Kontrollvolumina numerisch gelöst. Dabei werden an den unteren und oberen Lüftungsschlitzen geeignete Randbedingungen für den Druck eingesetzt. Es zeigt sich, daβ der örtliche Wärmeübergang entlang der isothermen Wände aufgrund der Behinderung am Einlaβ stark ungleichförmig ist. In der unteren Hälfte des Hohlraums weist der Wärmeübergang ein örtliches Maximum und Minimum auf. Die Berechnung des Strömungsfeldes zeigt, daβ diese Extrema durch eine Rezirkulationszone in der Nähe des Einlaβschlitzes hervorgerufen werden, wodurch sich die Primärströmung an die beheizte Wand anlegt. Die Ergebnisse zeigen ein asymptotisches Verhalten hin zum klassischen Ergebnis für die senkrechten parallelen Platten. Dieser Grenzfall wird dann erreicht, wenn die Breite des Lüftungsschlitzes diejenige des Hohlraums erreicht. t;e;o;p;e;t;ич;e;c;ки иc;c;лe;дy;e;t;c;я e;c;t;e;c;t;вe;ннa;я кo;нвe;кция в пp;o;t;o;ч;ныч пo;лo;c;t;яч. t;e;плo;пe;p;e;нo;c; и гp;a;виt;a;циo;ннo;e; t;e;ч;e;ниe; иc;c;лe;дy;юt;c;я в пo;ыo;c;t;и, o;гp;a;нич;e;ннo;й o;t;вe;p;c;t;иями в вe;p;чнe;й и нижнe;й c;t;e;нкa;ч. y;p;a;внe;ния c;o;чp;a;иe;ния p;e;шa;юt;c;я ч;иc;лe;ннo; c; иc;пo;льзo;вa;ниe;м кo;нe;ч;нo;-p;a;знo;c;t;нo;й c;чe;мы мe;t;o;дo;м кo;нt;p;o;льныч o;бъe;мo;в пp;и c;o;o;t;вe;t;c;t;вy;ющич гp;a;нич;ныч y;c;лo;вияч для дa;влe;ния вo; вчo;днo;м и вычo;днo;м o;t;вe;p;c;t;ияч. Пo;лy;ч;e;нныe; p;e;зy;льt;a;t;ы пo;кa;зывa;юt;, ч;t;o; нa;лич;иe; o;t;вe;p;c;t;ий вызывa;e;t; c;y;щe;c;t;вe;нн o; нe;o;днo;p;o;дный лo;кa;льный t;e;плo;пe;p;e;нo;c; вдo;ль изo;t;e;p;мич;e;c;кo;й c;t;e;нки. Лo;кa;льныe; мa;кc;имy;м и минимy;м t;e;плo;пe;p;e;нo;c;a; нa;блюдa;юt;c;я в нижнe;й ч;a;c;t;и пo;лo;c;t;и. p;a;c;ч;e;t;ы пo;ля t;e;ч;e;ния c;видe;t;e;льc;t;вy;юt; o; t;o;м, ч;t;o; y;кa;зa;нныe; экc;t;p;e;мa;льныe; знa;ч;e;ния c;вязa;ны c; нa;лич;иe;м p;e;циp;кy;ляциo;ннo;й зo;ны вблизи вчo;днo;гo; o;t;вe;p;c;t;ия и o;c;нo;внo;гo; t;e;ч;e;ння y; нa;гp;e;t;o;й c;t;e;нки. p;e;зy;-льt;a;t;ы пo;кa;зывa;юt;, ч;t;o; p;e;щe;ниe; a;c;имп t;o;t;ич;e;c;ки c;t;p;e;миt;c;я к клa;c;c;ич;e;c;кo;мy; c;лy;ч;a;ю вe;p;t;икa;ль-нo;й пa;p;a;ллe;льнo;й плa;c;t;ины, кo;гдa; p;a;змe;p; o;t;вe;p;c;t;ия пp;иближa;e;t;c;я к шиp;инe; пo;лo;c;t;и.