Effect of transverse magnetic field on heat transfer to an electrically conducting and thermal radiating fluid flowing in a parallel-plate channel

Zusammenfassung Der Einfluss eines magnetischen Feldes auf die Wärmeübertragung in einer ausgebildeten laminaren Strömung einer elektrisch leitenden, wärmestrahlenden, zähen und inkompressiblen Flüssigkeit zwischen zwei unendlichen parallelen Platten wird untersucht. Ein konstantes äusseres magnetisches Feld wirkt in der Richtung senkrecht zu den Platten und der Strömungsrichtung. Die auf einer konstanten Temperatur gehaltenen Kanalwände sollen Wärme ausstrahlen und diffus reflektieren.Die Temperaturverläufe wurden für einige Werte der interessierenden Parameter und für das ganze Gebiet der Hartmannschen Zahl numerisch gerechnet. Die entsprechenden Kennwerte der Wärmeübertragung zwischen den Kanalwänden und der Flüssigkeit sind im Text tabellarisch angegeben. Das Magnetfeld vergrössert sowohl die Wärmeübertragung durch Leitung als auch durch Strahlung. Die Vergrösserung ist jedoch gering.

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Work done under auspices of U.S. Atomic Energy Commission.     

Mechanical heating in lineal tube flow of non-Newtonian fluids

The effect of mechanical heating on the heat transfer characteristics of a heated non-Newtonian fluid in lineal flow through a circular tube is examined. Marked enhancement in the local rate of heat transferred to the tube wall is found.

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Zusammenfassung Die Wirkung der mechanischen Wärmeerzeugung auf die Wärmeübertragung einer erwärmten nicht-Newtonschen Flüssigkeit, in geradliniger Strömung in einem kreisrunden Rohr, wird untersucht. Es wird eine merkbare Vergrößerung des lokalen Wärmeüberganges an die Rohrwand gefunden.

     

Non-linear couette flow with heat transfer using the B-G-K model

Zusammenfassung Die Wärmeübertragung in der ebenen Couette-Strömung eines verdünnten Gases ist mit Hilfe der Momenten-Methode, angewendet auf das nicht lineare B-G-K-Modell, untersucht worden. Im Falle der isothermen Strömung reduziert sich die Geschwindigkeitsverteilung auf die Resultate der linearisierten B-G-K-Gleichung. Die Übereinstimmung der Resultate für die Temperaturverteilung und den Wärmefluss mit den Ergebnissen von früheren Arbeiten ist befriedigend.     

Flow of an electrically conducting fluid past a porous flat plate in the presence of a transverse magnetic field

Zusammenfassung Für die Strömung einer inkompressiblen, zähen, elektrisch leitenden Flüssigkeit über eine poröse Platte werden die Gleichungen vonNavier undStokes, vonMaxwell und die Wärmeübertragungsgleichung integriert. Dabei wird vorausgesetzt, dass Flüssigkeit aus der porösen Platte austritt oder durch sie abgesogen wird. Man findet, dass sowohl die Geschwindigkeiten als auch die Schubspannungen mit steigender magnetischer Druckzahl für Absaugen und Ausblasen anwachsen. Das induzierte Feld an der Plattenoberfläche wird kleiner, wenn die Ausblasegeschwindigkeit abnimmt. Für den Grenzfall unendlicher elektrischer Leitfähigkeit wächst der Wärmeübergang mit der magnetischen Druckzahl im Falle des Ausblasens.     

Duct flow in magnetohydrodynamics

Zusammenfassung In dieser Arbeit wird die Strömung einer elektrisch-leitenden Flüssigkeit durch ein gerades Rohr mit einem gleichförmigen, querlaufenden magnetischen Feld betrachtet. Das Problem wird unter Berücksichtigung des elektromagnetischen Feldes sowohl innerhalb als ausserhalb der Flüssigkeit formuliert. Besondere Aufmerksamkeit wird auf die Ableitung der Randbedingungen gerichtet. Es wird klargemacht, dass, wenn die Wände des Rohres endliche Leitfähigkeit haben, das Problem, abgeseben von Einzelfällen, kein gewöhnliches Randwertproblem darstellt. Eine Lösung wird für die Strömung durch ein rechteckiges Rohr mit unendlich fernen, dem äusseren Feld parallelen Wänden bei beliebiger Wandleitfähigkeit gefunden, ebenso für die Strömung durch ein endliches rechteckiges Rohr mit idealleitenden Wänden. Es gelingt, die asymptotische Geschwindigkeitsverteilung bei grosser Hartmannscher Zahl für ein dünnwandiges symmetrisches Rohr bei beliebiger Wandleitfähigkeit anzugeben.     

The vertical plate in laminar free convection: Effects of leading and trailing edges and discontinuous temperature

Summary For laminar free-convection flow past a heated vertical plate of finite length, the local asymptotic flow structure is studied in regions where the boundary-layer equations do not provide a correct approximation at large Grashof numbers. The leading-edge region is shown to contribute a secondorder term to the integrated heat transfer. An integral form of the energy equation permits calculation of this correction in terms of the second-order boundary-layer solution away from the edge, without knowledge of the flow details near the edge, which can be obtained only by solution of the full Navier-Stokes equations. Near the trailing edge and near a jump in the prescribed plate temperature the longitudinal pressure gradient is found to be important in a thin sublayer adjacent to the plate, and the transverse pressure gradient is important in the remainder of the boundary layer, each for a distance along the plate which is slightly larger in order of magnitude than the boundary-layer thickness. At the trailing edge the sublayer problem is nonlinear and cannot be solved analytically, but it can be shown that the local correction to the total heat transfer is of slightly larger order of magnitude than the leading-edge correction. It is pointed out that the trailing-edge flow is identical in form to the flow near the edge of a rotating disc in a stationary fluid. The temperature-jump problem is linear and a solution is given which shows how the singularity in streamline slope predicted by the boundary-layer solution is removed.

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Zusammenfassung Bei laminarer natürlicher Strömung längs einer senkrecht stehenden endlichen geheizten Platte bei sehr grossen Grashof'schen Zahlen gibt es kleine Bereiche, bei denen die Grenzschichtgleichungen keine echte asymptotische Darstellung liefern. Im Vorderkantenbereich findet man ein Zusatzglied zweiter Ordnung für die gesamte Wärmeübertragung. Die Berechnung dieser Korrektur erfolgt durch eine Integralform der Energiegleichung, wobei nur die Lösung der Grenzschichtgleichung zweiter Ordnung fern von der Kante benützt wird, während die Kenntnis der Strömung in der Nähe der Kante nur durch eine Lösung der exakten Navier-Stokes'schen Gleichungen gefunden werden könnte. In der Nähe der Hinterkante und in der Nähe einer Diskontinuität der gegebenen Plattentemperatur wird das Längsdruckgefälle in einer dünnen Unterschicht wichtig; das Querdruckgefälle wird in dem restlichen Teil der Grenzschicht berücksichtigt, für eine Länge, deren Grössenordnung etwas grösser ist, als die der Grenzschichtdicke. Bei der Hinterkante ist das Unterschichtsproblem nicht linear, und es gibt keine analytische Lösung, aber man kann zeigen, dass die Grössenordnung der Korrektur der gesamten Wärmeübertragung etwas grösser ist als die Korrektur bei der Vorderkante. Die Strömung bei der Hinterkante ist dieselbe wie die Strömung bei der Kante einer rotierenden Scheibe in einer sonst ruhenden Flüssigkeit. Das Temperatur-Diskontinuitätsproblem ist linear, und eine Lösung ist hier gefunden worden, wodurch die von der Grenzschichttheorie gegebene Singularität (unendliche Quergeschwindigkeit) entfernt wird.

     

Heat transfer modeling for turbulent shear flows on curved surfaces

This paper examines two models for two-dimensional curved flow heat transfer. Both models are based on the assumption of local-equilibrium turbulence. Yet, one model predicts an increase for the turbulent Prandtl number with convex curvature, while the other gives the opposite behavior. Through examination of the near wall temperature profiles, it is possible to identify the correct behavior for turbulent Prandtl number. It is found that the turbulent Prandtl number for curved flows increases with convex curvature. The discrepancy between the two models is traced to the modeling terms proposed for the pressure-temperature-gradient correlation and for wall corrections. While the introduction of the rapid component and the wall corrections in the modeling of the pressure-strain correlation do not affect the behavior of the resultant shear stress, these modeling terms in the pressure-temperature-gradient correlation cause the turbulent Prandtl number to decrease with convex curvature.

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Zusammenfassung In dieser Arbeit werden zwei Modelle für zweidimensionale Wärmeübertragung in gekrümmten Strömungen untersucht. Beide Modelle basieren auf der Annahme von lokalem Gleichgewicht innerhalb der turbulenten Strömung. Trotzdem resultiert das eine Modell in einer Erhöhung der turbulenten Prandtl-Zahl für konvexe Krümmungen, während das zweite Modell genau das Gegenteil vorhersagt. Es ist möglich, durch Untersuchung des Temperaturprofiles in Wandnähe das korrekte Verhalten der turbulenten Prandtl-Zahl zu identifizieren. Es stellt sich dabei heraus, daß die turbulente Prandtl-Zahl für gekrümmte Strömungen in konvexen Kurven zunimmt. Der Widerspruch zwischen den beiden Modellen läßt sich auf die Abbildungsausdrücke zurückführen, die für die Wechselbeziehungen zwischen den Druck- und Temperaturgradienten und die für die Wandkorrekturen angesetzt worden sind. Während die Einführung der schnellen Komponente und die Wandkorrekturen in der Darstellung der Wechselbeziehung zwischen Druck und Beanspruchung keinen Einfluß auf das Verhalten des resultierenden Schubdruckes haben, verursachen diese Darstellungsausdrücke für die Wechselbeziehung zwischen Druck- und Temperaturgradienten ein Abnehmen der turbulenten Prandtl-Zahl für konvexe Kurven.

     

Free-convection layers at large prandtl number

Summary The behavior of laminar free-convection boundary layers at large Prandtl number is considered. Plane and axisymmetric flows are treated simultaneously in terms of a unified formulation. Flow and heat-transfer quantities are expressed in terms of expansions within an inner and an outer layer, both of which lie inside the Prandtl's viscous layer. The first two approximations are given in general and the first three approximation for self-similar flows. The inner solutions provide information on skin friction and heat transfer, whereas the outer solutions determine the mass flow rate induced by buoyancy. Numerical results are given for the selfsimilar flows.

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Zusammenfassung Das Verhalten von laminaren Grenzschichten bei freier Konvektion wird für grosse Prandtl-Zahlen behandelt. Strömungs-und Wärmeübergangs-Grössen werden ausgedrückt mit Hilfe einer Entwicklung in einer inneren und äusseren Schicht, die beide innerhalb der Prandtlschen Reibungsschicht liegen. Die zwei ersten Näherungen des allgemeinen Falles werden angegeben, sowie die ersten drei Glieder für ähnliche Lösungen. Die innere Lösung ergibt die Reibung und den Wärmeübergang, während die äussere Lösung den durch Auftrieb induzierten Massenstrom liefert. Numerische Ergebnisse werden für Ähnlichkeits-Lösungen angegeben.

     

Laminar-film condensation on a flat plate in the absence of a body force

Zusammenfassung Die laminare Strömung von gesättigtem Dampf über eine gekühlte ebene Fläche wird untersucht für den Fall der Kondensation eines Films an der Oberfläche. Es wird angenommen, dass keine Gravitationskraft vorliegt und dass die Bewegung des Kondensats lediglich durch die Reibung am strömenden Dampf hervorgerufen wird. Ergebnisse für die Scherkraft und die Wärmeübertragung an der Oberfläche werden mitgeteilt. Die wesentlichen Rechenergebnisse konnten in zwei Diagrammen zusammengefasst werden: Figur 2 gibt die zu erwartenden Schubspannungen wieder, Figur 3 den Wärmeübergang.     

Heat transfer to magnetohydrodynamic flow in a flat duct

Zusammenfassung Die Untersuchung befasst sich mit der Wärmeübertragung von den Wänden eines flachwandigen Kanals auf eine elektrisch leitende Flüssigkeit bei erzwungener Laminarströmung und in Gegenwart eines quergerichteten Magnetfeldes. Betrachtet wird der Fall konstanter Wandtemperatur mit variierender innerer Wärmeentwicklung durch viskose und elektrische Energiedissipation. Die massgebende Differentialgleichung wird durch eine Differenzengleichung ersetzt und mit der elektronischen Rechenmaschine gelöst. Als Resultat wird die Nusseltzahl angegeben, für die Prandtlzahl 1, die Hartmannzahlen 0, 4, 10 und die Graetzzahlen von 10 bis 10 000, wobei die Kennzahlen für Zähigkeit und elektrische Feldstärke als Parameter auftreten.     

Hydromagnetic flow over a plane wall with uniform suction

Zusammenfassung Diese Abhandlung behandelt die Strömung einer inkompressiblen, zähen und elektrisch leitenden Flüssigkeit über eine ebene Wand mit homogener Absaugung und senkrechtem Magnetfeld. Eine exakte Lösung der hydromagnetischen Gleichungen kann erhalten werden, wenn die magnetische Druckzahl kleiner als eins ist.Aus den Rechnungen findet man, dass sowohl die Reibungsschubspannung als auch die Wärmeübertragung an der Wand unabhängig sind von der hydromagnetischen Wirkung, aber dass die Grenzschichtdicke zunimmt mit der Zunahme des hydromagnetischen Einflusses.Es sei bemerkt, dass keine stationäre Lösung erhalten wird für den Fall des Ausblasens.     

Unsteady low prandtl number heat transfer for flow across a flat plate

Zusammenfassung Es wird eine Erklärung gegeben für das Problem der stationären laminaren Strömung über eine ebene Platte unter der Bedingung einer unstetigen Änderung der Oberflächentemperatur. Ergebnisse für die unstetige Wärmeübertragung werden gegeben, die sich auf Flüssigkeiten von niedriger Prandtlzahl beziehen. Abbildung 2 zeigt die Änderung des Verhältnisses der augenblicklichen Wärmeübertragung zum asymptotischen Grenzwert für eine Prandtlzahl von 0,01.

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This research was supported by the National Science Foundation through Grant G-1487 5.     

The nature of heat transfer from an enclosed rotating disk

Zusammenfassung Es wird ein Verfahren zur Berechnung des Wärmeübergangs an einer eingeschlossenen rotierenden Scheibe angegeben, und zwar für laminare Bewegung eines inkompressiblen Mediums. Die Fälle konstanter Gehäusewandtemperatur und isolierter Gehäusewand werden untersucht. Im letzteren Falle werden die Ergebnisse stark beeinflusst durch den Radius, bei welchem das durchströmende Medium eingeführt wird. Die anderen massgebenden Parameter sind die mit der Spaltweite zwischen Scheibe und Gehäuse gebildete Reynoldszahl sowie die Prandtlschen und Eckertschen Kennzahlen.     

Reversein situ combustion

Zusammenfassung Für den Fall einer hinsichtlich Temperatur und Partialdruck des Oxydenden nichtlinearen Quellenfunktion wird die in-situ-Verbrennung von Rohöl untersucht. Die Wärmeübertragung wird in ihrer Abhängigkeit von den Mechanismen der Konvektion, der Leitung und des Wärmeübergangs zwischen festem und Gaszustand erörtert. Es wird gezeigt, dass es eine stetige Lösung gibt, und eine konvergierende Iterationsmethode wird angegeben.     

Fluctuating heat transfer from a sphere at small Reynolds numbers

Zusammenfassung Es wird die Wärmeleitung von einer Kugel an einen oszillierenden Flüssigkeitsstrom untersucht. Das Problem lässt sich lösen für kleine Reynoldszahlen, wobei sowohl für die Temperaturverteilung als auch für die Wärmeübertragung eine Entwicklung nach Potenzen der Pécletzahl angegeben werden kann.     

Transient magnetohydrodynamic flow and heat transfer

Zusammenfassung Es wird die zeitabhängige Strömung einer elektrisch leitenden Flüssigkeit untersucht, die sich bei Gegenwart eines Quermagnetfeldes einstellt, und zwar wird die freie und die erzwungene Konvektion berechnet. Wenn die Wandtemperatur längs der Kanalachse linear variiert, werden die Grundgleichungen linear, was eine analytische Lösung ermöglicht. Unsteitigkeiten können entstehen durch Variationen des axialen Druckgradienten, der Wandtemperatur oder der inneren Energieerzeugung. Die Einflüsse der thermischen und magnetischen Prandtlzahl, der Hartmannzahl, der Rayleighzahl und der inneren Energieerzeugung auf die Strömung und den Wärmeübergang werden untersucht. Für grosse Werte vonRa undM und fürPr-Werte von der Grössenordnung 1 wird ein Schwingungsverhalten gefunden, dessen Periode stark von den genannten Parametern abhängt.

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Work performed under the auspices of the U.S. Atomic Energy Commission.     

Heat transfer in linearl flows of non-newtonian fluids

The average rate of heat transferred to the channel wall when a hot incompressible third-order fluid, in rectilinear motion, flows (i) between two infinite parallel plates and (ii) in a circular tube is studied. A heat transfer coefficient has been evaluated for several values of a non-Newtonian parameter which is a measure of non-linear effects in the fluid. Enhancement of the heat transfer coefficient is found for those fluids which exhibit large strain rate gradients in the region of the channel wall.

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Zusammenfassung Untersucht wird die durchschnittliche Wärmeübertragung an die Kanalwand für eine erhitzte inkompressible Flüssigkeit dritter Ordnung, die sich geradlinig bewegt (i) zwischen zwei unbegrenzten, parallelen Platten und (ii) in einem runden Rohr. Ein Wärmeübertragungskoeffizient ist für mehrere Werte eines nicht-Newtonischen Parameters berechnet worden, der ein Mass der nicht linearen Effekte in der Flüssigkeit darstellt. Es wird eine Vergrösserung des Wärmeübertragungskoeffizienten für jene Flüssigkeiten gefunden, die in der Nähe der Kanalwand grosse Gradienten der Verzerrungsgeschwindigkeit aufweisen.

     

Thermoelastic problem for an isotropic sphere with temperature dependent properties

Zusammenfassung Es werden Wärmespannungen infolge polarsymmetrischer stationärer Temperaturfelder in einer isotropen Kugel mit temperaturabhängigen Stoffwerten untersucht. Das Material wird als inkompressibel vorausgesetzt, was einem oberen Grenzwert der viskoelastischen Spannungen in einem Maxwellschen Körper entspricht. Diese Annahme erlaubt, die Lösung in einer geschlossenen Form und für jede Temperaturverteilung und Temperaturabhängigkeit der Materialkonstanten und des Wärmeausdehnungskoeffizienten aufzustellen. Es werden allgemeine Formeln für die Spannungs- und Verschiebungsfelder in einer vollen Kugel und in einer kugelförmigen Schale gegeben und die Einwirkung der variablen Wärmeleitzahl auf das Temperaturfeld untersucht. Ein numerisches Beispiel für lineare Temperaturabhängigkeit des Elastizitätsmoduls und des Wärmeausdehnungskoeffizienten wird berechnet.

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This research was sponsored by the United States Army under Contract No. DA-11-022-ORD-2059     

Laminar two-phase boundary layers in natural convection film boiling of subcooled liquids

Zusammenfassung Es wird die zweiphasige Grenzschichtströmung behandelt, die in unterkühlter Flüssigkeit entsteht, wenn die wärmeabgebende (vertikale) Wand eine Temperatur oberhalb des Leidenfrost-Punktes hat. Unter Einschluss des Impulstransportes an der Phasengrenzfläche werden asymptotische Lösungen ermittelt, die für sehr geringe und sehr hohe Flüssigkeitsunterkühlung gelten. Von den beiden Grenzfällen ausgehend lässt sich eine Interpolationsformel angeben, welche mit Wärmeübergangsmessungen verglichen wird, die das thermische Verhalten des organisch gekühlten Reaktors simulieren. In erster Näherung stimmen Rechnung und Experiment überein, wenn man die Streuung der Messwerte und vereinfachende Rechnungsannahmen berücksichtigt.     

Skin friction and heat transfer on a circular cylinder moving in a fluid at rest

Summary The incompressible laminar stationary flow along a circular cylinder drawn through an orifice with constant velocity is studied. The surrounding fluid is at rest. (Manufacture of fibers.) For skin friction and heat transfer, a solution for high values of Reynolds number is given in the form of an asymptotic expansion. The special second-order effects, entrainment and curvature, are studied. It is shown that the entrainment effect becomes important for skin friction when the distance from the orifice is small, whereas the influence on heat transfer is small. The curvature effect on skin friction and heat transfer is given as a function of Reynolds number and distance from the orifice.

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Zusammenfassung Es wird die inkompressible, laminare und stationäre Strömung entlang eines mit konstanter Geschwindigkeit bewegten Kreiszylinders untersucht, der aus einer Öffnung hervortritt (Spinnprozeß). Das umgebende Fluid in großer Entfernung vom Zylinder befinde sich dabei in Ruhe. Für die Schubspannung und den Wärmeübergang bei großen Reynoldszahlen wird eine Lösung in Form einer asymptotischen Entwicklung angegeben. Insbesondere werden die Effekte 2. Ordnung, Verdrängung und Krümmung, untersucht. Es wird gezeigt, daß der Verdrängungseffekt für kleine Abstände von der Zylinderaustrittsöffnung für die Schubspannung von Bedeutung wird, wohingegen der Wärmeübergang dadurch nur wenig beeinflußt wird. Der Einfluß der Krümmung auf die Wandschubspannung und den Wärmeübergang wird als Funktion der Reynoldszahl und des Abstandes von der Zylinderaustrittsöffnung angegeben.