Title: Simple analysis of mixed convection with uniform heat flux
Abstract: When a fluid is forced to flow over a vertical, flat plate, generating uniform heat flux, heat is transferred by forced convection. The temperature difference between the surface and the fluid creates changes in the fluid density, causing natural convection. Therefore forced convection is always coupled with natural convection. In the case of loss of cooling accident (LOCA) in a nuclear reactor, the heat transferred by forced convection can be of the same order of magnitude as that of natural convection, forming a mixed-convection heat transfer mode. When the fluid is forced to flow in the upward direction, we have an assisting mixed convection (AMC), and when the fluid is forced in the opposite direction to the buoyant motion, the condition is opposing mixed convection (OMC). A simple analysis is presented, which evaluates the heat transfer coefficient in AMC and in OMC. The analysis assumes that the hydrodynamic and the thermal boundary layers are the same. It assumes, further, that the velocity profile within the boundary layer is a superposition of pure forced and pure natural convection. A characteristic parameter, β =3.5 U∞/ГL is defined which indicates the relative influence of each pure convection mode in the mixed convection phenomena. For AMC a correlation is proposed as follows: NumRex0.5=[0.483 Prf12]3+0.616(Rɑx∗15Rex0.5Prf0.8+Prf15313 For OMC, the solution is obtained by dividing the analysis into two regions: the first, a region dominated by forced convection, and the second, a region dominated by natural convection. Pour un fluide forcé sur une plaque verticale plane, chauffée á flux thermique uniforme, la différence de température entre la surface et le fluide modifie la densité du fluide et provoque la convection naturelle, d'o. un couplage de convection. Dans le cas d'une perte de refroidissement par accident (LOCA) dans un réacteur nucléaire, les deux types de convection peuvent t̂re de même importance. Quand le fluide est forcé dans la direction ascendante, on a une convection mixte assistée (AMC) et en direction opposée c'est le régime de convection mixte contrariée (OMC). On présente une analyse simple qui permet d'évaluer le coefficient de transfert en AMC ou en OMC. Elle suppose que les couches limites dynamiques et thermiques sont les mames, aussi que le profil de vitesse dans la couche limite est une superposition de convections pure forcée et pure naturelle. Un paramétre caractéristique β = 3,5 U∞/ГL est défini, lequel indique l'influence relative de chaque mode pur dans le mixage. Pour AMC, on propose une formule NumRex0.5=[0.483 Prf12]3+0.616(Rɑx∗15Rex0.5Prf0.8+Prf15313 Pour OMC, la solution est obtenue en divisant l'analyse en deux régions: la premiére dominée par la convection forcée et la seconde dominée par la convection naturelle. Bei erzwungener Fluid-Strömung längs einer vertikalen ebenen Platte, die eine gleichförmige Wännestromdichte abgibt, wird Wanne durch erzwungene Konvektion übertragen. Die Temperaturdifferenz zwischen Oberfläche und Fluid führt zu einer DichteÄnderung im Fluid und damit zu natürlicher Konvektion. Deshalb ist erzwungene Konvektion immer mit natürlicher Konvektion gekoppelt. Im Falle eines Unfalles mit Kühlmittelverlust in einem Kernreaktor kann die durch erzwungene Konvektion übertragene Wärme dieselbe Gröβenordnung annehmen, wie die durch natürliche Konvektion übertragene und dadurch zur Misch-Konvektion führen. Strömt das Fluid nach oben, so ergibt sich die Bedingung für 'Assisting Mixed Convections' (AMC), und in entgegengesetzer Richtung für ‘Opposing Mixed Convection’ (OMC). Es wird eine einfache Analyse vorgestellt, welche den Wärmeübergangskoeffizienten für AMC und OMC bestimmt. Für die Analyse wird angenommen, daβ die hydrodynamische und die thermische Grenzschicht identisch sind. Es wird femer angenommen, daβ sich das Geschwindigkeitsprofil in die Grenzschicht durch überlagerung aus reiner erzwungener und reiner natürlicher Konvektion ergibt. Es wird ein charakteristischer Parameter β =3,5 U∞/ГL definiert, welcher den Einfluβ jeder der beiden reinen Konvektionsarten in der Mischform angibt. Für AMC wird folgende Beziehung vorgeschlagen: NumRex0.5=[0.483 Prf12]3+0.616(Rɑx∗15Rex0.5Prf0.8+Prf15313 Für OMC erhält man die Lösung durch Einteilung in zwei Zonen: In eine erste mit erzwungener und eine zweite mit natürlicher Konvektion. Пpи дVижeиии жидкocти oкoлo VepтикaльHoй плocкoi плacтиHы, гeHepиpyющeи oдHopoдHый тeплoVoй пoтoк, пpoиcчoдит пepeдaчa тeплa VыHyждeHиoй кoHVeкHиeй. paзличиe тeмпepaтyp пoVepчHocти и жидкocти VызыVaeт измeиeиия плoтиocти жидкocти, VызыVaя ecтecтVeHHyю кoHVeкHию. Пoэтoмy VыHyждeHиoй кoиVeкHии Vceгдa coHyтcтVyeт ecтecтVeиHaя. V cлyчae aVapии c пoтepei oчлaдитeля V ядepHoм peaктope (aПo), кoличecтVo тeплa, пepeдaVaeмoe VьшyждeHHoи кoHVeкпиei мoжeт пo пopядкy VeличиHы coVпaдaть c пepeдaVaeмым ecтecтVeиHoи КoиVeкHиei, coздaVaя cмeщaHиo-кoHVeктиVHoe тeчeииe. ecли жидкocть дVижeтcя VVepч, имeeт мecтo peжим ycилиVaющeи cмeщaHиoй кoHVeкHии (ycК), пpи дVижeHии жидкocти V иaпpaVлeHии, пpoтиVoпoлoжHoм дeicтVию пoдьeмHoй cилы, иaблюдaeтcя peжим HoдaVляющeй cмeщaиHoи кoиVeкпии (ПcК). ПpeдcтaVлeH пpocтoи aиaлиз, oпeHиVaющий кoэффиHиeиты тeплooбмeиa пpи ycК и ПcК. V пpoVoдимoм aHaлизe пpeдпoлaгaeтcя, чтo гидpoдииaмичecкии и тeплoVoй пoгpaHичHыe cлoи paVHы, чтo пpoфиль cкopocти V пpeдeлaч пoгpaHичHoгo cлoя пpeдcтaVляeт coбcoй cyпepпoзипию чиcтo VыиyждeиHoи и чиcтo ecтecтVeииoй кoиVeкпий. Haйдeи. чapaктepHыи пapaмeтp β = 3,5 U∞/ГL, oпpeдeляющий oтHocитeльиoe VлияHиe кaждoгo из peжимoV чиcтoй кoHVeкиии иa cмeшaHHyю. Для ycК пpeллoжeиa cлeдyющaя зaVиcимocть NumRex0.5=[0.483 Prf12]3+0.616(Rɑx∗15Rex0.5Prf0.8+Prf15313 Для ПcК peшeииe пoлyчeиo paздeльHым aHaлизoм дVyч oблacтeй: c пpeoблaдaHиeм VыиyждeHHoи и ecтecтVeиHoi кoHVeкHии.
Publication Year: 1986
Publication Date: 1986-08-01
Language: en
Type: article
Indexed In: ['crossref']
Access and Citation
Cited By Count: 12
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