Free convection from horizontal screened plates

Experimental investigations of laminar free convection from horizontal isothermal surfaces screened by cylindrical vertical walls are presented. Screen diameters (D) were equal to the diameter of a heating plate while their heights (H) were varied. Results obtained for several heating fluxes and two different liquids indicate that depending on the (H/D) ratio of cylindrical screens, the heat flux transferred from the heating plate to the liquid varies. Three subranges of screening effect have been distinguished: primary inhibition, intensification and secondary inhibition. For primary inhibition, a theoretical model has been proposed and critical ratio of (H/D) has been predicted. The results of flow visualization are also discussed.

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Freie Konvektion von horizontalen, seitlich abgeschirmten Platten

Zusammenfassung Es werden experimentelle Untersuchungen der laminaren freien Konvektion an horizontalen, isothermen Flächen mit vertikalen zylindrischen Abschirmflächen beschrieben. Die Schirmdurchmesser (D) waren gleich dem einer Heizplatte, während die Schirmhöhen (H) variiert wurden. Die Resultate, welche für mehrere Wärmeflüsse und mit zwei verschiedenen Flüssigkeiten gewonnen wurden, zeigen, daß — abhängig von VerhältnisH/D der zylindrischen Schirme — der von der Heizplatte an das Fluid übergehende Wärmestrom stark variiert. Drei Bereiche konnten bezüglich des Abschirmeffektes unterschieden werden: erste Hemmung, Verstärkung und zweite Hemmung. Für den Fall der ersten Hemmung wird ein theoretisches Modell vorgeschlagen und das kritischeH/D-Verhältnis vorausberechnet. Abschließend erfolgt die Diskussion von Ergebnissen, welche aus der sichtbaren Darstellung des Strömungsfeldes gewonnen wurde.

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Nomenclature a thermal diffusivity [m²/s] - D external diameter of the plate, internal diameter of screens [m] - g gravitational acceleration [m/s²] - H height of screen [m] - Nu= D/ Nusselt number - Nu_(H/D)=0 Nusselt number for plate without screens - Nu_H/D Nusselt number for plate with screen of heightH - Ra=g (T_w1–T_F)D³/( a) Rayleigh number - Ra_H=g (T_w–T_w1)H³/( a) Rayleigh number inside screen - q heat flux density [W/m²] - T_w surface temperature of the heating plate [°C] - T_w1 boundary temperature of the motionless liquid [°C] - T_F bulk temperature of the liquid [°C] - heat transfer coefficient [W/(m²·K)] - coefficient of volumetric expansion [1/K] - kinematic viscosity - thermal conductivity [W/(m·K)]