Natural convection in an inclined rectangular channel at various aspect ratios and angles—experimental measurementsConvection naturelle dans un canal rectangulaire incline pour divers rapports de section et angles d'inclinaison—mesures experimentalesNatürliche konvektion in einem geneigten rechteckigen kanal bei verschiedenen anordnungen und neigungen-experimentelle messungenEцтeтвeннaя кoняeкция в нaклoннoм пpямыгoльннoм кaнaлe пpи paзличныч oтнoщeнияч шиpины кaнaлa к выcoтe и paзличчыч yглaч нaклoнa

https://doi.org/10.1016/0017-9310(75)90256-2Get rights and content

Abstract

Rates of heat transfer were measured for laminar natural convection in silicone oil and air in a long rectangular channel. The aspect ratio (width/height) of the cross-section of the channel was varied over 1, 2, 3, 4·2, 8·4 and 15·5, and the Rayleigh number from 3 × 103 to 105. The channel was heated from below and cooled from above while the other two sides were insulated. The channel was then rotated about the long axis in steps through 180 degrees. The effect of inclination and of the aspect ratio on the rate of heat transfer was measured experimentally.

A minimum and a maximum rate of heat transfer occurred as the angle of inclination was increased from 0 to 180 degrees. The angle of inclination at these critical conditions was found to be a strong function of the aspect ratio and a weak function of the Rayleigh number. A transition in the mode of circulation occurred at the angle corresponding to the minimum rate of heat transfer.

Résumé

On a mesuré les taux de transfert de chaleur par convection naturelle laminaire dans l'huile de silicone et dans l'air à l'intérieur d'un long canal rectangulaire. Le rapport de la section droite (largeur/hauteur) du canal a les valeurs 1; 2; 3; 4,2; 8,4 et 15,5 et le nombre de Rayleigh varie de 3.103 à 105. Le canal est chauffé par dessous et refroidi par dessus tandis que les deux autres côtés sont isolés. La rotation du canal est effectuée par pas autour du grand axe, sur 180 degrés. L'effet de l'inclinaison et du rapport de section sur le taux de transfert thermique a été mesuré expérimentalement.

Lorsque l'angle d'inclinaison varie de 0 à 180 degrés, le taux de transfert de chaleur passe par un minimum. On a trouvé que l'angle d'inclinaison correspondant à ces conditions critiques dépendait fortement du rapport de la section mais peu du nombre de Rayleigh. Une transition dans le mouvement de convection a lieu pour l'angle correspondant au minimum du taux de transfert thermique.

Zusammenfassung

Für laminare natürliche Konvektion in Silikon-Öl und Luft in einem langen rechteckigen Kanal wurden Wärmeübergangs-Messungen durchgeführt. Das Anordnungsverhältnis (Breite/Höhe) eines Kanal-Querschnitts wurde variiert mit 1; 2; 3; 4,2; 8,4 und 15,5 und für Rayleigh-Zahlen von 3 × 103 bis 105. Der Kanal war von unten beheizt und von oben gekühlt. Die beiden Seiten waren isoliert. Der Kanal wurde um die lange Achse über 180° schrittweise geneigt. Der Einfluβ der Neigung und des Anordnungsverhältnisses auf den Wärmeübergang wurde experimentell bestimmt. Mit ansteigendem Neigungswinkel von 0 bis 180° wurde ein Minimun und ein Maximum im Wärmeübergang festgestellt. Der Neigungswinkel bei diesen kritischen Bedingungen erwies sich als stark abhängig vom Anordnungsverhältnis und schwach abhängig von der Rayleigh-Zahl. Ein Übergang in der Zirkulationsform ergab sich bei einem Winkel, der einem minimalen Wärmeübergang entsprach.

Реферат

Измepялcя тeплooбмeн пpи лaминapнoй ecтecтвeннoй кoнвeкции в cиликoнoвoм мacлe и в вoздyчe в длиннoм пpямoyгoльнoм кaнaлe. Beличинa oтнoшeния шиpины кaнaлa к выcoтe измeнялacь кaк 1; 2; 3; 4,2; 8,4; и 15,5; чиcлo Peлeя измeнялocь oт 3 × 103 дo 105. Кaнaл нaгpeвaлcя cнизy и oчлaждaлcя cвepчy, a двe дpyгиe eгo cтopoны были изoлиpoвaны. Кaнaл вpaщaлcя вoкpyг длиннoй ocи пocтeпeннo дo 180°. Экcпepимeнтaльнo oпpeдeлялocь влияниe yглa нaклoнa и oтнoшeния шиpины кaнaлa к выcoтe нa тeплooбмeн.

Mинимaльнoe и мaкcимaльнoe знaчeниe тeплooбмeнa нaблюдaлocь, кoгдa yгoл нaклoнa yвeличивaлcя oт 0 дo 180°. Haйдeнo, чтo в тaкич кpитичecкич ycлoвияч yгoл нaклoнa являeтcя cильнoй фyнкциeй oтнoшeния шиpины кaнaлa к выcoтe и cлaбoй фyнкциeй чиcлa Peлeя. Измeнeниe cтpyктypы кoнвeктивнoгo движeния пpoиcчoдилo пpи знaчeнии yглa нaклoнa, cooтвeтcтвyющeм минимaльнoмy тeплooбмeнy.

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