Главная » Просмотр файлов » Adrian Bejan(Editor), Allan D. Kraus (Editor). Heat transfer Handbok

Adrian Bejan(Editor), Allan D. Kraus (Editor). Heat transfer Handbok (776115), страница 81

Файл №776115 Adrian Bejan(Editor), Allan D. Kraus (Editor). Heat transfer Handbok (Adrian Bejan(Editor), Allan D. Kraus (Editor). Heat transfer Handbok) 81 страницаAdrian Bejan(Editor), Allan D. Kraus (Editor). Heat transfer Handbok (776115) страница 812017-06-17СтудИзба
Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 81)

It is therefore given by Fourier’s law asBOOKCOMP, Inc. — John Wiley & Sons / Page 527 / 2nd Proofs / Heat Transfer Handbook / Bejan19.097pt PgVar———Normal Page* PgEnds: Eject[527], (3)Figure 7.1 Natural convection flow over a vertical surface, together with the coordinatesystem.q = h̄A(Tw − T∞ )*528123456789101112131415161718192021222324252627282930313233343536373839404142434445NATURAL CONVECTIONq = −kA∂T∂y(7.2)0Here the temperature gradient is evaluated at the surface, y = 0, in the fluid and k isthe thermal conductivity of the fluid.

From this equation it is obvious that the naturalconvection flow largely affects the temperature gradient at the surface, since theremaining parameters remain essentially unaltered. The analysis is therefore directedat determining this gradient, which in turn depends on the nature and characteristicsof the flow, temperature field, and fluid properties.The heat transfer coefficient h̄ represents an integrated value for the heat transferrate over the entire surface, since, in general, the local value hx would vary with thevertical distance from the leading edge, x = 0, of the vertical surface.

The local heattransfer coefficient hx is defined by the equationq = hx (Tw − T∞ )(7.3)where q is the rate of heat transfer per unit area per unit time at a location x, where thesurface temperature difference is Tw − T∞ , which may itself be a function of x. Theaverage heat transfer coefficient h̄ is obtained from eq. (7.3) through integration overthe entire surface area.

Both h̄ and hx are generally given in terms of a nondimensionalparameter called the Nusselt number Nu. Again, an overall (or average) value Nu, anda local value Nux , may be defined asNu =h̄LkNux =hx xk(7.4)where L is the height of the vertical surface and thus represents a characteristicdimension.The fluid far from the vertical surface is stationary, since an extensive medium isconsidered. The fluid next to the surface is also stationary, due to the no-slip condition.Therefore, flow exists in a layer adjacent to the surface, with zero vertical velocity oneither side, as shown in Fig. 7.2. A small normal velocity component does exist at theedge of this layer, due to entrainment into the flow. The temperature varies from Twto T∞ .

Therefore, the maximum vertical velocity occurs at some distance away fromthe surface. Its exact location and magnitude have to be determined through analysisor experimentation.The flow near the bottom or leading edge of the surface is laminar, as indicatedby a well-ordered and well-layered flow, with no significant disturbance. However,as the flow proceeds vertically upward or downstream, the flow gets more and moredisorderly and disturbed, because of flow instability, eventually becoming chaoticand random, a condition termed turbulent flow. The region between the laminarand turbulent flow regimes is termed the transition region. Its location and extentdepend on several variables, such as the temperature of the surface, the fluid, and thenature and magnitude of external disturbances in the vicinity of the flow.

Most ofthe processes encountered in nature are generally turbulent. However, flows in manyBOOKCOMP, Inc. — John Wiley & Sons / Page 528 / 2nd Proofs / Heat Transfer Handbook / Bejan[528], (4)Lines: 105 to 137———1.76207pt PgVar———Normal PagePgEnds: TEX[528], (4)BASIC MECHANISMS AND GOVERNING EQUATIONS123456789101112131415161718192021222324252627282930313233343536373839404142434445529[529], (5)Figure 7.2 Velocity and temperature distributions in natural convection flow over a verticalsurface.industrial applications, such as those in electronic systems, are often in the laminaror transition regime.

A determination of the regime of the flow and its effect on theflow parameters and heat transfer rates is therefore important.Natural convection flow may also arise in enclosed regions. This flow, which isgenerally termed internal natural convection, is different in many ways from the external natural convection considered in the preceding discussion on a vertical heatedsurface immersed in an extensive, quiescent, isothermal medium.

Buoyancy-inducedflows in rooms, transport in complete or partial enclosures containing electronicequipment, flows in enclosed water bodies, and flows in the liquid melts of solidifying materials are examples of internal natural convection. In this chapter we discussboth external and internal natural convection for a variety of flow configurations andcircumstances.7.27.2.1BASIC MECHANISMS AND GOVERNING EQUATIONSGoverning EquationsThe governing equations for a convective heat transfer process are obtained by considerations of mass and energy conservation and of the balance between the rate ofmomentum change and applied forces.

These equations may be written, for constantviscosity µ and zero bulk viscosity, as (Gebhart et al., 1988)Dρ∂ρ=+ V · ∇ρ = −ρ∇ · VDt∂tBOOKCOMP, Inc. — John Wiley & Sons / Page 529 / 2nd Proofs / Heat Transfer Handbook / Bejan(7.5)Lines: 137 to 155———0.69102pt PgVar———Normal PagePgEnds: TEX[529], (5)530123456789101112131415161718192021222324252627282930313233343536373839404142434445NATURAL CONVECTION∂VDVµ=ρ+ V · ∇V = F − ∇p + µ∇ 2 V + ∇(∇ · V)Dt∂t3DT∂TDpρcp= ρcp+ V · ∇T = ∇ · (k∇T ) + q + βT+ µΦvDt∂tDtρ(7.6)(7.7)where V is the velocity vector, T the local temperature, t the time, F the body forceper unit volume, cp the specific heat at constant pressure, p the static pressure, ρthe fluid density, β the coefficient of thermal expansion of the fluid, Φv the viscousdissipation (which is the irreversible part of the energy transfer due to viscous forces),and q the energy generation per unit volume.

The coefficient of thermal expansionβ = −(1/ρ)(∂ρ/∂T )p , where the subscript p denotes constant pressure. For a perfectgas, β = 1/T , where T is the absolute temperature. The total, or particle, derivativeD/Dt may be expressed in terms of local derivative as ∂/∂t + V · ∇.[530], (6)As mentioned earlier, in natural convection flows, the basic driving force arisesfrom the temperature (or concentration) field. The temperature variation causes adifference in density, which then results in a buoyancy force due to the presenceLines: 155 to 188of the body force field.

For a gravitational field, the body force F = ρg, where g———is the gravitational acceleration. Therefore, it is the variation of ρ with temperature5.08006pt PgVarthat gives rise to the flow. The temperature field is linked with the flow, and all———the preceding conservation equations are coupled through variation in the density ρ.Long PageTherefore, these equations have to be solved simultaneously to determine the velocity, * PgEnds: Ejectpressure, and temperature distributions in space and in time.

Due to this complexityin the analysis of the flow, several simplifying assumptions and approximations aregenerally made to solve natural convection flows.[530], (6)In the momentum equation, the local static pressure p may be broken down intotwo terms: one, pa , due to the hydrostatic pressure, and other other, pd , the dynamicpressure due to the motion of the fluid (i.e., p = pa + pd ). The former pressurecomponent, coupled with the body force acting on the fluid, constitutes the buoyancyforce that is driving mechanism for the flow.

If ρ∞ is the density of the fluid in theambient medium, we may write the buoyancy term asF − ∇p = (ρg − ∇pa ) − ∇pd = (ρg − ρ∞ g) − ∇pd = (ρ − ρ∞ )g − ∇pd(7.8)If g is downward and the x direction is upward (i.e., g = −ig, where i is the unitvector in the x direction and g is the magnitude of the gravitational acceleration, asis generally the case for vertical buoyant flows), thenF − ∇p = (ρ∞ − ρ)gi − ∇pd(7.9)and the buoyancy term appears only in the x-direction momentum equation. Therefore, the resulting governing equations for natural convection are the continuity equation, eq. (7.5), the energy equation, eq. (7.7), and the momentum equation, whichbecomesρDVµ= (ρ − ρ∞ )g − ∇pd + µ∇ 2 V + ∇(∇ · V)Dt3BOOKCOMP, Inc.

— John Wiley & Sons / Page 530 / 2nd Proofs / Heat Transfer Handbook / Bejan(7.10)BASIC MECHANISMS AND GOVERNING EQUATIONS1234567891011121314151617181920212223242526272829303132333435363738394041424344457.2.2531Common ApproximationsThe governing equations for natural convection flow are coupled, elliptic, partialdifferential equations and are therefore of considerable complexity. Another problemin obtaining a solution to these equations lies in the inevitable variation of the densityρ with temperature or concentration.

Several approximations are generally made tosimplify these equations. Two of the most important among these are the Boussinesqand the boundary layer approximations.The Boussinesq approximations involve two aspects. First, the density variationin the continuity equation is neglected. Thus, the continuity equation, eq. (7.5), becomes ∇ · V = 0. Second, the density difference, which causes the flow, is approximated as a pure temperature or concentration effect (i.e., the effect of pressureon the density is neglected). In fact, the density difference is estimated for thermalbuoyancy asρ∞ − ρ = ρβ(T − T∞ )(7.11)These approximations are employed very extensively for natural convection.

Характеристики

Тип файла
PDF-файл
Размер
25,9 Mb
Тип материала
Высшее учебное заведение

Список файлов книги

Свежие статьи
Популярно сейчас
Зачем заказывать выполнение своего задания, если оно уже было выполнено много много раз? Его можно просто купить или даже скачать бесплатно на СтудИзбе. Найдите нужный учебный материал у нас!
Ответы на популярные вопросы
Да! Наши авторы собирают и выкладывают те работы, которые сдаются в Вашем учебном заведении ежегодно и уже проверены преподавателями.
Да! У нас любой человек может выложить любую учебную работу и зарабатывать на её продажах! Но каждый учебный материал публикуется только после тщательной проверки администрацией.
Вернём деньги! А если быть более точными, то автору даётся немного времени на исправление, а если не исправит или выйдет время, то вернём деньги в полном объёме!
Да! На равне с готовыми студенческими работами у нас продаются услуги. Цены на услуги видны сразу, то есть Вам нужно только указать параметры и сразу можно оплачивать.
Отзывы студентов
Ставлю 10/10
Все нравится, очень удобный сайт, помогает в учебе. Кроме этого, можно заработать самому, выставляя готовые учебные материалы на продажу здесь. Рейтинги и отзывы на преподавателей очень помогают сориентироваться в начале нового семестра. Спасибо за такую функцию. Ставлю максимальную оценку.
Лучшая платформа для успешной сдачи сессии
Познакомился со СтудИзбой благодаря своему другу, очень нравится интерфейс, количество доступных файлов, цена, в общем, все прекрасно. Даже сам продаю какие-то свои работы.
Студизба ван лав ❤
Очень офигенный сайт для студентов. Много полезных учебных материалов. Пользуюсь студизбой с октября 2021 года. Серьёзных нареканий нет. Хотелось бы, что бы ввели подписочную модель и сделали материалы дешевле 300 рублей в рамках подписки бесплатными.
Отличный сайт
Лично меня всё устраивает - и покупка, и продажа; и цены, и возможность предпросмотра куска файла, и обилие бесплатных файлов (в подборках по авторам, читай, ВУЗам и факультетам). Есть определённые баги, но всё решаемо, да и администраторы реагируют в течение суток.
Маленький отзыв о большом помощнике!
Студизба спасает в те моменты, когда сроки горят, а работ накопилось достаточно. Довольно удобный сайт с простой навигацией и огромным количеством материалов.
Студ. Изба как крупнейший сборник работ для студентов
Тут дофига бывает всего полезного. Печально, что бывают предметы по которым даже одного бесплатного решения нет, но это скорее вопрос к студентам. В остальном всё здорово.
Спасательный островок
Если уже не успеваешь разобраться или застрял на каком-то задание поможет тебе быстро и недорого решить твою проблему.
Всё и так отлично
Всё очень удобно. Особенно круто, что есть система бонусов и можно выводить остатки денег. Очень много качественных бесплатных файлов.
Отзыв о системе "Студизба"
Отличная платформа для распространения работ, востребованных студентами. Хорошо налаженная и качественная работа сайта, огромная база заданий и аудитория.
Отличный помощник
Отличный сайт с кучей полезных файлов, позволяющий найти много методичек / учебников / отзывов о вузах и преподователях.
Отлично помогает студентам в любой момент для решения трудных и незамедлительных задач
Хотелось бы больше конкретной информации о преподавателях. А так в принципе хороший сайт, всегда им пользуюсь и ни разу не было желания прекратить. Хороший сайт для помощи студентам, удобный и приятный интерфейс. Из недостатков можно выделить только отсутствия небольшого количества файлов.
Спасибо за шикарный сайт
Великолепный сайт на котором студент за не большие деньги может найти помощь с дз, проектами курсовыми, лабораторными, а также узнать отзывы на преподавателей и бесплатно скачать пособия.
Популярные преподаватели
Добавляйте материалы
и зарабатывайте!
Продажи идут автоматически
6358
Авторов
на СтудИзбе
311
Средний доход
с одного платного файла
Обучение Подробнее