Unsteady free convection flow under the influence of a magnetic field

Summary The unsteady free convection boundary layer at the stagnation point of a two-dimensional body and an axisymmetric body with prescribed surface heat flux or temperature has been studied. The magnetic field is applied parallel to the surface and the effect of induced magnetic field has been considered. It is found that for certain powerlaw distribution of surface heat flux or temperature and magnetic field with time, the governing boundary layer equations admit a self-similar solution locally. The resulting nonlinear ordinary differential equations have been solved using a finite element method and a shooting method with Newton's corrections for missing initial conditions. The results show that the skin friction and heat transfer coefficients, andx-component of the induced magnetic field on the surface increase with the applied magnetic field. In general, the skin friction, heat transfer andx-component of the induced magnetic field for axisymmetric case are more than those of the two-dimensional case. Also they change more when the surface heat flux or temperature decreases with time than when it increases with time. The skin friction, heat transfer andx-component of the induced magnetic field are significantly affected by the magnetic Prandtl number and they increase as the magnetic Prandtl number decreases. The skin friction andx-component of the magnetic field increase with the dissipation parameter, but heat transfer decreases.

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Instationäre freie Konvektionsströmung unter dem Einfluß eines magnetischen Feldes

Übersicht Untersucht wurde die instationäre freie Konvektionsgrenzschicht am Ruhepunkt eines zweidimensionalen und achsensymmetrischen umströmten Körpers bei vorgegebenem Wärmefluß bzw. bei vorgegebener Temperatur an der Oberfläche. Das magnetische Feld wird parallel zur Oberfläche angelegt, und der Einfluß des induzierten magnetischen Feldes wurde berücksichtigt. Es stellt sich heraus, daß bei bestimmter, zeitlicher Potenzgesetzverteilung des Wärmeflusses bzw. der Temperatur und des magnetischen Feldes an der Oberfläche die geltenden Grenzschichtgleichungen örtlich eine selbstähnliche Lösung erlauben. Die sich ergebenden nichtlinearen gewöhnlichen Differentialgleichungen wurden mittels einer Finite-Element-Methode und einer Shooting-Methode mit Newtonschen Korrekturen für fehlende Anfangsbedingungen gelöst. Die Ergebnisse zeigen, daß die Oberflächenreibung und die Wärmeübergangskoeffizienten sowie diex-Komponente des induzierten magnetischen Feldes an der Oberfläche mit dem angelegten magnetischen Feld zunehmen. Im allgemeinen sind die Oberflächenreibung, der Wärmeübergang und diex-Komponente des induzierten magnetischen Feldes im achsensymmetrischen Fall größer als die entsprechenden Werte im zweidimensionalen Fall. Außerdem verändern sich diese Werte beim zeitlichen Abfallen des Wärmeflusses an der Oberfläche bzw. der Temperatur in höherem Maße als bei der zeitlichen Zunahme dieser Werte. Die Oberflächenreibung, der Wärmeübergang und diex-Komponente des induzierten magnetischen Feldes werden durch die magnetische Prandtl-Zahl erheblich beeinflußt; sie nehmen mit abfallender magnetischer Prandtl-Zahl zu. Die Oberflächenreibung und diex-Komponente des magnetischen Feldes nehmen mit dem Wärmeableitungsparameter zu, der Wärmeübergang jedoch fällt ab.

     

MHD flow and heat transfer over a stretching surface with prescribed wall temperature or heat flux

The flow and heat transfer over a stretching sheet with a magnetic field in an electrically conducting ambient fluid have been studied. The effects of the induced magnetic field and sources or sinks have been included in the analysis. Both non-isothermal wall and constant heat flux conditions have been considered. The governing equations have been solved numerically using a shooting method. It is observed that for the prescribed wall temperature the skin friction, induced magnetic field at the wall and heat transfer are enhanced due to the magnetic field, but in general, they reduce as the reciprocal of the magnetic Prandtl number increases. For constant heat flux case, the temperature at the wall reduces as the magnetic field increases, but it increases with the reciprocal of the magnetic Prandtl number. The heat transfer is strongly affected by the Prandtl number, wall temperature and sink. Whenm<–2 andPr>2.5 the unrealistic temperature distributions are encountered. The present analysis is more general than any previous investigation.

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MHD Strömung und Wärmeübertragung über eine gedehnte Oberfläche mit vorgeschriebener Wandtemperatur oder Wärmestrom

Zusammenfassung In dieser Studie ist die Strömung und Wärmeübertragung über eine gedehnte Fläche mit magnetischem Feld in einem elektrisch leitenden Fluid untersucht worden. Der Einfluß des induzierten magnetischen Feldes und der Quellen oder Senken sind in die Untersuchung einbezogen. Die beiden Fälle, nicht-isotherme Wand und konstanter Wandwärmestrom, sind betrachtet worden. Mit dem Eliminationsverfahren sind bestehende Gleichungen numerisch gelöst worden. Es ist beobachtet worden, daß für eine vorgeschriebene Wandtemperatur die Oberflächenreibung, das induzierte magnetische Feld und die Wärmeübertragung aufgrund des magnetischen Feldes verbessert sind. Aber im allgemeinen reduzieren sie sich im umgekehrten Maß wie die magnetische Prandtlzahl ansteigt. Für den Fall des konstanten Wärmestromes sinkt die Wandtemperatur, wenn das magnetische Feld stärker wird. Die Temperatur steigt jedoch reziprok zur magnetischen Prandtlzahl an. Die Wärmeübertragung ist sehr stark von der Prandtlzahl, Wandtemperatur und der Senke beeinflußt. Bei Werten vonm<–2 undPr2.5 sind unrealistische Temperaturverteilungen eingetreten. Die gezeigte Analyse ist allgemeiner als jede vorhergehende Untersuchung.

     

Heating of non-Newtonian falling liquid film on a horizontal tube

The problem of heat transfer to non-Newtonian laminar falling liquid films on horizontal tubes is investigated theoretically for constant heat flux and isothermal conditions imposed at the inner periphery of the tube. The local and average heat transfer coefficients are obtained as function of the system parameters by conjugating the convective transport of heat to the liquid film to the thermal conduction in the material of the tube in the peripheral direction. The results indicate that the average heat transfer coefficient can be described successfully by three dimensionless groups characterizing the dynamic flow characteristics of the film, modified Prandtl number and the index of the power law variation of the rate of angular shear deformation of the fluid with respect to the shear stress.Das Problem des Wärmeübergangs an laminar ablaufende Fallfilme nicht-Newtonscher Flüssigkeiten an horizontalen Rohren wird unter Voraussetzungen konstanter Temperatur bzw. konstanten Wärmeflusses bezüglich des Rohrinnenumfangs theoretisch untersucht. Die örtlichen und gemittelten Wärmeübergangskoeffizienten erhält man als Funktion der Systemparameter unter gleichzeitiger Berücksichtigung des konvektiven Wärmetransportes an dem Flüssigkeitsfilm und der Wärmeleitung im Rohrmaterial in Umfangsrichtung. Die Ergebnisse zeigen, daß sich der gemittelte Wärmeübergangskoeffizient zufriedenstellend in Abhängigkeit von drei dimensionslosen Kenngrößen darstellen läßt. Diese charakterisieren das dynamische Fließverhalten des Films bzw. entsprechen einer modifizierten Prandtl-Zahl und dem Exponenten des Potenzgesetzes, welches die Abhängigkeit der Scherdeformation der Flüssigkeit von der Schubspannung wiedergibt.     

Condensation with interfacial temperature drop

Using the boundary layer equations of momentum and energy, an asymptotic series has been developed to determine the velocity and temperature fields in a stationary metal vapor condensing over a vertical surface, with the film in laminar flow. Interfacial temperature drop has been taken into account, by using an approximate form of the developed byschrage to predict the condensate metal surface temperature. With two terms taken from the asymptotic series development, it is shown that the resulting values of heat transfer coefficients and average Nusselt numbers fall in the same range as the experimentally observed values for mercury vapor. These calculations have been carried out assuming a condensation coefficient of unity. The Nusselt number is seen to depend parametrically on both the saturation pressure and the length of the condensing surface. The calculated mass condensation rate is lower than that of the theory neglecting interfacial temperature drop. The results are all applicable for sufficiently long plates when the pressure is not too low. For very short plates and pressures below about 25 mm of mercury, more terms in the asymptotic expansion must be considered.

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Zusammenfassung Unter Benutzung der Grenzschichtgleichungen für Impuls und Energie wird eine asymptotische Eeihenentwicklung vorgenommen, um die Geschwindigkeits und Temperaturfelder in einem stationären Metalldampf, welcher an einer senkrechten Oberfläche kondensiert, zu bestimmen; der Film befindet sich dabei in laminarer Strömung. Das Temperaturgefälle an der Grenzfläche wurde berücksichtigt durch Benutzung einer Näherungsform der vonschrage entwickelten Gleichung, aus der sich die Oberflächentemperatur des kondensierenden Metalls ableiten läßt. Mit den beiden ersten Termen der asymptotischen Reihenentwicklung wird gezeigt, daß die resultierenden Werte der Wärmeübertragungskoeffizienten und der durchschnittlichen Nusselt-Zahl in denselben Bereich fallen wie die experimentell beobachteten Werte für Quecksilberdampf. Diese Berechnungen wurden unter der Annahme durchgeführt, daß der Kondensationskoeffizient gleich Eins ist. Es zeigt sich, daß die Nusselt-Zahl parametrisch vom Sättigungsdruck und von der Länge der kondensierenden Oberfläche abhängt. Die berechnete Massen-Kondensationsrate ist geringer, als sich aus einer das Temperaturgefälle an der Grenzschicht nicht berücksichtigenden Theorie ergibt. Die Resultate sind alle anwendbar für ausreichend lange Platten bei nicht zu geringem Druck. Bei kurzen Platten und Drucken unter 25 mm Hg müssen weitere Terme der asymptotischen Reihenentwicklung berücksichtigt werden.

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Direct-contact heat transfer to a spherical liquid/vapor two-phase bubble trailing a wake

The paper deals with the heat transfer causing evaporation of liquid drops in a medium of an immiscible, less volatile liquid. Each drop turns into a two-phase bubble, consisting of a growing vapor phase and a reducing liquid phase, which continues to buoy up in the medium. The bubble is modeled as a sphere in which the yet-to-be vaporized liquid spreads over the rear surface while the rest is occupied by the heat-insulating vapor phase. The rear surface to serve as the effective heat transfer area is assumed to be covered with an axisymmetric wake instead of a boundary layer flow. The quasi-steady, overall heat transfer through the wake in the medium and the layer of the yet-to-be vaporized liquid in the bubble is predicted and compared with relevant experimental results.Die Untersuchung befaßt sich mit der durch die Verdampfung von Flüssigkeitstropfen in einem aus unvermischbarer, flüchtiger Flüssigkeit bestehendem, Medium verursachten Wärmeübertragung. Aus jedem Tropfen entsteht eine Zweiphasenblase, bestehend aus einer wachsenden Dampfphase und einer abnehmenden Flüssigkeitsphase, die in das Medium aufsteigt. Die Blase wird anhand eines Kugelmodells betrachtet, an dem sich die noch nicht verdampfte Flüssigkeit über die Rückseite verteilt und die restliche Fläche mit der wärmeisolierenden Dampfphase behaftet ist. Es wird angenommen, daß sich an der Rückseite als wirksamer Wärmeübergangsbereich ein achsensymmetrischer Nachlauf bildet. Es werden die quasi-gleichförmige Wärmeübertragung durch den Nachlauf in das Medium und durch die Schicht Lage der nicht verdampften Flüssigkeit in der Blase mathematisch berechnet und mit relevanten Versuchsergebnissen verglichen.     

Vergleich der Wärmebilanz bei der diskontinuierlichen und der kontinuierlichen Herstellung von Kohleelektroden

Zusammenfassung Es wird die Wärmebilanz bei der kontinuierlichen Formgebung grüner Elektrodenmasse auf einer 4-spindeligen Schneckenpresse betrachtet und gezeigt, daß es nicht möglich ist, bei kurzer Verweilzeit der kalten Mischung über die Mantelfläche so viel Wärme zuzuführen, als für die Überführung in einen formbaren Zustand notwendig ist. Durch die Umwandlung der von dem Motor aufgenommenen elektrischen Energie in Reibungswärme erhält die durchgesetzte Masse die Wärmemenge, die sie benötigt. Werden noch die Energieverluste berücksichtigt, die an den Kupplungen, in den Getrieben und in den Lagern entstehen, so befindet sich zwar das System in einem thermischen Gleichgewicht, denn es wird soviel Wärme verzehrt, als erzeugt wird. Aber der Ablauf in der Presse ist nicht isotherm, sondern die Gut-Temperatur steigt vom Eintragsende bis zu einem Maximum von ca. 135°C am Schneckenende an und fällt in dem Mundstück wieder um 10 bis 20°C ab.Zu Beginn wird die kontinuierliche Herstellung mit der diskontinuierlichen Arbeitsweise auf hydraulischen Strangpressen verglichen. Hier spielt das Problem der Wärmeübertragung nicht die entscheidende Rolle wie bei den kontinuierlichen Verfahren; die langen Verweilzeiten reichen aus, um die erforderliche Wärmemenge an das Einsatzgut heranzubringen.Allen meinen Mitarbeitern sci an dieser Stelle berzlich gedankt.     

Heat transfer to evaporating falling films of water and sugar/water solution

A series of heat transfer experiments is performed with pure water and sugar/water solution films flowing down on outside surface of a smooth or fluted vertical stainless steel tube near atmospheric pressure. Data on length-averaged heat transfer coefficient are presented in a range of Prandtl number 2<Pr<20 with wall heat fluxes up to 30 kW/m². The measured heat transfer coefficient for smooth tube does not agree very well with the well-known correlated of Chun & Seban. A new corrected correlation is presented. The fluted tube shows an increased heat transfer performance as compared to the corresponding smooth tube. The increase in the overall heat transfer coefficient turned out to be slightly higher than the increase in the corresponding heat transfer area. Film thickness and spectrum of wave frequencies were measured for smooth tube with a special probe assembly.

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Wärmeübergang bei Verdampfung von Wasser- und Zuckerwasser-Rieselfilmen

Zusammenfassung Es werden Ergebnisse von Verdampfungs-experimenten mitgeteilt, die an Rieselfilmen von Wasser und Zuckerwasserlösungen gewonnen wurden, welche an der Außenseite von glatten oder geriefelten Edelstahlrohren unter Atmosphärendruck abliefen. Sie beziehen sich auf den gemittelten Wärmeübergangskoeffizienten bei Wärmestromdichten von bis zu 30 kW/m² im Prandtl-Zahlenbereich 2<Pr<20. Letztere stimmen bei Glattrohren nicht zufriedenstellend mit den aus der wohlbekannten Korrelation von Chun und Seban folgenden Werten überein, weshalb eine verbesserte Beziehung vorgeschlagen wird. Im Vergleich mit Glattrohren liefern Rohre mit Riefen ein besseres Wärmeübertragungsverhalten, auch wenn die durch Riefelung bewirkte Vergrößerung der Oberfläche berücksichtigt wird. Filmdichte und Spektrum der Wellenfrequenzen wurden an Glattrohren mit einem speziellen Meßgerät ermittelt.

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A laminar boundary layer model of heat transfer due to a nonuniform planar jet impinging on a moving plate

A theoretical model is developed of planar jet impingement heat transfer on a moving plate. Boundary layer equations in their integral forms are used in order to include, both near and away from the stagnation line, the effects of surface motion directed perpendicular to the jet plane, an arbitrary surface temperature variation, and nonuniform jet discharge velocity profiles. The validity and accuracy of the approximate solution is assessed by comparison to an exact solution restricted to regions near the stagnation line. Results indicate that the influence of a nonuniform jet discharge velocity decreases with distance from the stagnation line. Surface motion affects heat transfer at regions away from the stagnation line, but has little influence near the stagnation line when the surface temperature is constant.Ein theoretisches Modell für die Wärmeübertragung beim Auftreffen eines ebenen Strahls auf eine bewegte Platte wird hier entwickelt. Es werden Grenzschichtgleichungen in Integralform benutzt um, sowohl in der Nähe als auch in einiger Entfernung der Staulinie, die Effekte der Oberflächenbewegung senkrecht zum Strahl, bei willkürlichen Veränderungen der Oberflächentemperatur und ungleichmäßigen Strahlgeschwindigkeitsprofilen zu beschreiben. Die Gültigkeit und Genauigkeit der approximativen Lösung wird beurteilt in dem sie mit der exakten Lösung für den Bereich in der Nähe der Staulinie verglichen wird. Die Ergebnisse zeigen, daß der Einfluß einer ungleichmäßigen Strahlaufprallgeschwindigkeit mit zunehmenden Abstand von der Staulinie abnimmt. Bewegungen der Oberfläche beeinflussen den Wärmeübergang in Bereichen außerhalb der Staulinie, aber haben einen kleinen Einfluß in der Nähe der Staulinie wenn die Oberflächentemperatur konstant gehalten wird.     

Analytical and numerical solutions of inward spherical solidification of a superheated melt with radiative-convective heat transfer and density jump at freezing front

Analytical and numerical solutions of a general problem related to the radially symmetric inward spherical solidification of a superheated melt have been studied in this paper. In the radiation-convection type boundary conditions, the heat transfer coefficient has been taken as time dependent which could be infinite, at time,t=0. This is necessary, for the initiation of instantaneous solidification of superheated melt, over its surface. The analytical solution consists of employing suitable fictitious initial temperatures and fictitious extensions of the original region occupied by the melt. The numerical solution consists of finite difference scheme in which the grid points move with the freezing front. The numerical scheme can handle with ease the density changes in the solid and liquid states and the shrinkage or expansions of volumes due to density changes. In the numerical results, obtained for the moving boundary and temperatures, the effects of several parameters such as latent heat, Boltzmann constant, density ratios, heat transfer coefficients, etc. have been shown. The correctness of numerical results has also been checked by satisfying the integral heat balance at every timestep.Die analytische und numerische Lösung des Problems der symmetrischen radialen kugelförmigen Erstarrung einer ultrahocherhitzten Schmelze wurden in dieser Arbeit untersucht. Bei den Randbedingungen für Strahlung und Konvektion wurde der Wärmeübergangskoeffizient als zeitabhängig angenommen, welcher für die Zeitt=0 als unendlich betrachtet werden konnte. Dies ist notwendig für das Einsetzen des sofortigen Erstarrens der Schmelze über der gesamten Oberfläche. Die analytische Lösung besteht aus dem Verwenden geeigneter fiktiver Anfangstemperaturen und fiktiver Ausdehnungen des durch die Schmelze besetzten Anfangsbereiches. Die numerische Lösung besteht aus der Methode der finiten Differenzen, bei der die Gitterpunkte mit der Erstarrungsfront voranschreiten. Die numerische Methode kann ohne Probleme die Dichteänderungen in der flüssigen und festen Phase sowie das dadurch hervorgerufene Schrumpfen oder Expandieren des Volumens behandeln. Bei den für die sich ändernden Grenzen und Temperaturen erhaltenen numerischen Ergebnissen werden die Einflüsse der verschiedenen Parameter wie latente Wärme, Boltzmannkonstante, Dichteverhältnisse, Wärmeübergangskoeffizienten usw. gezeigt. Die Gültigkeit der numerischen Lösungen wurde zu jedem Zeitpunkt untersucht, indem die Erfüllung der Energiegleichung überprüft wurde.     

Effect of inlet subcooling on two-phase flow oscillations in a vertical boiling channel

In this work, results of experimental research to investigate the effects of heat transfer augmentation and inlet subcooling on two-phase flow instabilities are presented. For this purpose, a simple set-up was designed and built. The effect of inlet subcooling was investigated using different heat transfer surfaces and inlet temperatures at constant heat input of 415 W. Freon-11 has been used as the test fluid, and the experiments were carried out for six heater tubes having different heat transfer surfaces. Inlet temperatures were in the range of –9.8°C to 38°C. The results indicate that, in the range of present experiments, the system becomes more stable, that it's instability boundary moves into lower mass flow rates, with increase in the inlet subcooling. However, the amplitudes and the periods of the oscillations increase with increase in the inlet subcooling. For some of the tested surfaces there was a particular inlet subcooling, above and below which the system's stability decreased.

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Der Einfluß der Eintrittsunterkühlung auf die Oszillationen einer Zwei-Phasen-Strömung in einem senkrechten Siede-Kanal

Zusammenfassung In dieser Arbeit werden die Ergebnisse einer experimentellen Untersuchung des Einflusses von Verbesserungen der Wärmeübertragung und der Eintrittsunterkühlung auf Instabilitäten der Zweiphasenströmung dargestellt. Zu diesem Zweck wurde ein einfacher Aufbau konstruiert und aufgebaut. Der Einfluß der Eintrittsunterkühlung wurde unter Benutzung verschiedener Wärmeübertragungsoberflächen und Eintrittstemperaturen bei einer konstanten Wärmezufuhr von 415 W untersucht. Als Testfluid wurde Freon-11 benutzt. Die Experimente wurden für sechs Heizrohre mit verschiedenen Wärmeübertragungsoberflächen durchgeführt. Die Eintrittstemperaturen lagen in diesem Bereich von –9.8°C bis 38°C. Die Ergebnisse zeigen, daß in dem Bereich der vorliegenden Untersuchungen das System mit einem Ansteigen der Eintrittsunterkühlung stabiler wird und daß dessen Instabilitätsgrenze sich zu niedrigeren Massenstromdichten bewegt. Die Amplituden und Perioden der Schwingungen steigen mit Zunahme der Eintrittsunterkühlung an. Für einige der getesteten Oberflächen existierte eine bestimmte Eintrittsunterkühlung, über bzw. unter welcher die Stabilität des Systems abnahm.

     

Mixed convection similarity solutions of a non-Newtonian fluid on a horizontal surface

The mixed convection boundary layer flow on a horizontal stationary or moving plate to a power-law non-Newtonian fluid is analyzed. An exact similarity solution is given for the case of a wall temperature that is inversely proportional to the power-law of the distance from the leading edge of the plate. It is shown that such a solution does not exist if the boundary parameter is smaller than a certain critical value. The effects of the flow index, buoyancy parameter and modified Prandtl number on the velocity and temperature profiles as well as on the global heat transfer and displacement thickness are discussed.

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Ähnlichkeitslösungen für die Mischkonvektion von einem Nicht-Newton'schen Fluid auf einer horizontalen Oberfläche

Zusammenfassung Hier ist die Mischkonvektion von Grenzschichtströmungen auf einer horizontal stillstehenden oder beweglichen Platte für einen Potenzansatz der Nicht-Newton'schen Fluide analysiert worden. Eine genaue Änlichkeitslösung ist für den Fall, daß die Wandtemperatur entgegengesetzt proportional zum Potenzansatz des Abstandes von der Vorderkante der Platte ist, gegeben worden. Es ist gezeigt worden, daß eine solche Lösung nicht existiert, wenn der Grenzparameter kleiner als ein bestimmter kritischer Wert ist. Die Einwirkungen des Strömungsindex, Auftriebsparameter und modifizierter Prantlzahl auf die Geschwindigkeitsund Temperaturprofile sind genauso intensiv besprochen worden, wie die globale Wärmeübertragung und die Verdrängungsdickte.

     

Messungen des Wärmeübergangs bei der Verdampfung binärer Gemische

Zusammenfassung Es wurde der Wärmeübergang von der Außenfläche eines horizontalen Rohres an siedende Zweistoffgemische experimentell untersucht. Die Messungen erstreckten sich über den Bereich der Blasenverdampfung bei freier Konvektion und wurden bei Drücken von 1 bis 16 ata ausgeführt. Der mittlere relative Fehler des gemessenen Wärmeübergangskoeffizienten betrug ±7%. Es wurden acht Gemische untersucht, die so ausgewählt wurden, daß starke Oberflächenspannungs-und Mischungseffekte nicht auftraten. Alle Messungen zeigten übereinstimmend, daß der Wärmeübergang bei der Verdampfung des Gemisches gegenüber dem bei der Verdampfung der reinen Komponenten vermindert ist. Anhand von Diagrammen wurden die Meßergebnisse und das Siedeverhalten eines jeden Gemisches einander gegenübergestellt. Dadurch wird deutlich, daß das besondere Verhalten verdampfender Zweistoffgemische im wesentlichen vom Unterschied der Zusammensetzungen der im Gleichgewicht zueinander stehenden Dampf- und Flüssigkeitsphasen abhängt.

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Measurement of heat transfer in the evaporation of binary mixtures

The heat transfer from the outer surface of a horizontal tube to a boiling binary mixture was experimentally investigated. The measurements covered the complete range of pool boiling with free convection and were performed at pressures ranging from 1 to 16 ata. The average relative error of heat transfer coefficients thus obtained was ±7%. The eight mixtures investigated were selected with the intent to have minimum effects by surface tension and mixing phenomena. All measurements were consistent in the observation that heat transfer in the boiling mixture is reduced compared with boiling of the pure components. The measured data and the boiling characteristics of each mixture were plotted in diagrams and compared. This illustrated that the specific boiling behavior of binary mixtures is essentially governed by the difference in composition of the vapor and liquid which are in equilibrium.

     

Heat transfer in the supercritical region with vertical upflow

Thermodynamic properties like the specific heat capacity and the volumetric expansion coefficient show a maximum in the critical region under supercritical pressures. Others, like viscosity, undergo a strong change. Depending on the level and distribution of temperature over the cross section of the channel and of the ratio between heat flux and mass flow rate, an enhancement or an impairment of the heat transfer coefficient can occur.Based on measurements with the refrigerant R12 a criterium is presented for predicting the onset of heat transfer impairment. The criterium is based on 2 dimensionless numbers. In addition correlations are reported which allow to calculate the heat transfer coefficient in R12 and water under supercritical pressures and which cover the region of impairment as well as that of enhancement.

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Wärmeübertragung im überkritischen Bereich bei vertikaler Aufwärtsströmung

Zusammenfassung Stoffwerte, wie die spezifische Wärmekapazität und der volumetrische Ausdehnungskoeffizient, zeigen ein Maximum im kritischen Gebiet unter überkritischem Druck. Andere, wie z.B. die Viskosität, erfahren eine starke Änderung. Abhängig vom Niveau und von der Verteilung der Temperatur über den Querschnitt des durchströmten Kanals und vom Verhältnis zwischen Wärmefluß und Mengenstrom kann durch das Verhalten der Stoffwerte eine merkliche Verbesserung oder auch eine empfindliche Verschlechterung des Wärmeübergangskoeffizienten verursacht werden.Gestützt auf Messungen mit dem Kältemittel R12 werden Kriterien für die Vorhersage der Wärmeübergangs-Verschlechterung präsentiert. Diese Kriterien sind in Form von 2 dimensionslosen Zahlen formuliert. Zusätzlich werden Gleichungen mitgeteilt, welche den Wärmeübergangskoeffizienten in R12 und in Wasser für überkritische Drücke sowohl unter der Bedingung der Wärmeübergangs-Verschlechterung als auch der -Verbesserung vorhersagen lassen.

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Dedicated to Professor E. R. G. Eckert's 80th birthday     

Heat transfer to non-Newtonian power-law fluid past a continuously moving porous flat plate with heat flux

The analysis of heat transfer to the non-Newtonian power-law fluid flow past a continuously moving flat porous plate in presence of suction/injection with heat flux has been presented. We have obtained the solution using the method of successive approximations, starting with zero approximation. It has been observed that the results obtained forn=1 are in good agreement with the corresponding results for Newtonian fluid. For various values of flow indexn and the suction/injection parameter, temperature profiles and rate of heat transfer have been presented graphically. The effect of suction is to decrease in temperature and the rate of heat transfer, while reverse nature occurs for injection.

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Wärmeübertragung bei Nicht-Newton'schen Fluiden, die dem Potenz-Ansatz gehorchen, entlang einer stetig bewegten, flachen, porösen Platte mit Wärmestrom

Zusammenfassung Hier ist die Berechnung der Wärmeübertragung bei Nicht-Newton'schen Fluiden entlang einer sich stetig bewegenden, flachen Platte mit Wärmestrom dargestellt worden, bei der die Grenzschicht abgesaugt bzw. eingeblasen wird. Die Lösung erhielten die Verfasser mit dem Verfahren der sukzessiven Approximation, beginnend mit der Nullapproximation. Es ist festgestellt worde, daß die erhaltenen Ergebnisse fürn=1 mit den Ergebnissen für Newton'sche Fluide übereinstimmen. Für verschiedene Werte des Strömungsindexesn und des Absaug-/Einblasparameters sind die Temperaturprofile und die Wärmeübertragungsraten graphisch dargestellt worden. Beim Absaugen ergibt sich eine Erniedrigung der Temperatur und der Wärmeübertragungsrate, während genau das Gegenteil beim Einblasen eintritt.

     

Zur Berechnung der Potentialströmung um quergestellte Luftschiffkörper

Zusammenfassung Zunächst wird das v. Kármánsche Verfahren, die Potentialströmung um quergestellte Luftschiffkörper mit Hilfe einer streckenweise konstanten Dipolbelegung auf der Achse des Körpers zu berechnen, kurz skizziert und einige Überlegungen für Beginn und Ende der Belegung angestellt. Dann wird dieses Verfahren verbessert durch Annahme einer stetigen, stückweise linear veränderlichen Dipolbelegung auf der Achse. Der zweite Hauptteil der Arbeit bringt die Berechnung der Potentialströmung mit Hilfe von Quellen und Senken, die auf der Oberfläche des Luftschiffkörpers angeordnet sind. Die Integralgleichung, der diese Oberflächenbelegung genügen muß, wird angeschrieben, und der Kern auf Funktionen zurückgeführt, die sich aus vollständigen elliptischen Normalintegralen zusammensetzen lassen. Für diese Funktionen werden Diagramme gegeben. Die Integralgleichung ist durch Iteration lösbar. Die Konvergenz des Verfahrens ist gut. Zum Schluß werden die Formeln zur Berechnung der Geschwindigkeit auf der Oberfläche und des Potentials für einen beliebigen Punkt angegeben.Herrn Prof. Dr.Betz bin ich für die Anregung zu dieser Arbeit und für seine Ratschläge bei ihrer Abfassung zu besonderem Dank verpflichtet.     

Einfluß ausgestanzter Deltaflügel-Wirbelerzeuger auf Wärmeübergang und Strömungswiderstand von Rippenrohren

Zusammenfassung Der Einfluß von Sekundärflächen in der Form eines Delta-Halbflügelpaares auf Wärmeübergang und Strömungs-widerstand einer Rippenrohr-Konfiguration wurde untersucht. Die Halbflügelflächen wurden aus der Rippe ausgestanzt, die Sehne der Halbflügel blieb mit der Rippe verbunden. Die Flügelfläche war sehr klein gegenüber der Rippenfläche und bildete einen Winkel mit der Hauptströmungsrichtung, so daß die Vorderkanten starke Längswirbel erzeugten. Die Versuche wurden in einem geschlossenen Windkanal mit vertikaler Meßstrecke durchgeführt. Lokaler und mittlerer Wärmeübergang wurden durch instationäre Flüssigkristall-Thermografie bestimmt, die Widerstandsmessung erfolgte durch Wägung. Im Reynoldszahlbereich 2000 bis 5300 wurde die optimale Lage des Halbflügelpaares relativ zum Rohr ermittelt. Für ein Verhältnis der Fläche des Halbflügelpaares zur Rippenfläche von 0,003 wurden mittlere Wärmeübergangserhöhungen von 20% bei gleichzeitiger Widerstandsminderung der Rippenrohr-Konfiguration von 7% erzielt. Lokale Wärmeübergangserhöhungen von mehr als 70% wurden gemessen. Aus den Messungen folgt, daß Delta-Halbflügel den Wärmeübergang von Rippenrohr-Konfigurationen erhöhen und gleichzeitig den Strömungsverlust senken können.

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Influence of punched-out delta-winglet vortex generators on heat transfer and drag of fin-tubes

Fin-tube configurations with a small delta-winglet pair punched out from the fins have been investigated with regard to heat transfer and drag. The winglets were punched out in such a way that their chords stayed connected with the fin. The winglet area was small compared to the fin area, it formed an angle with the main flow direction, so that the leading edges generated strong longitudinal vortices. The experiments were performed in a wind tunnel with vertical test section. Local and global heat transfer were determined by liquid crystal thermography, drag was measured by a scale. For Reynolds numbers between 2000 and 5300 the optimal winglet position relative to the tube was determined. For a winglet to fin area ratio of 0.003 an overall heat transfer enhancement on the fin of 20% resulted with a simultaneous drag reduction of 7%. Local heat transfer enhancements of more than 70% were measured. From the measurements follows that winglet pairs can increase the heat transfer in fin-tube configurations while simultaneously decreasing the flow losses.

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Herrn Prof. Klaus Gersten zum 60. Geburtstag gewidmet     

Beanspruchung eines durch Druck und einfache Massenkraft belasteten,beiderseitig eingespannten Schraubenkőrpers

Zusammenfassung Ein an beiden Enden eingespannter Schraubenkörper mit einem mindestens einfach symmetrischen vollen oder hohlen Querschnitt, dessen Symmetrieachse Hauptnormale der die Querschnittsschwerpunkte verbindenden Schraubenlinie (der Mittellinie) ist, wird bei rechteckiger Querschnittsform durch gleichmäßigen Oberflächendruck auf eine durch eine Rechtecksseite parallel zur Symmetrieachse erzeugte Schraubenfläche, außerdem durch eine gleichmäßige Massenkraft parallel zur Schraubenachse belastet (wobei hinsichtlich der zweiten Belastung die Querschnittsform beliebig ist). Für zwei Einspannfällc werden die in einem Querschnitt auftretenden beanspruchenden Momente ermittelt. Es werden hierzu die Differentialgleichungen der verzerrten Mittellinie bestimmt und diese auf Grund der Einspannbedingungen integriert. Das ursprünglich sechsfach statisch unbestimmte System kann auf Grund eines geometrischen Umkehrverfahrens auf ein nur noch zweifach unbestimmtes System zurückgeführt werden. So gelingt die explizite Darstellung sowohl der beanspruchenden Momente wie der zu erfassenden Formänderungen. Jene wurden zur Kontrolle auch mit dem Satz vom Minimum der Formänderungsarbeit bestimmt.Die Ergebnisse sowohl für die Beanspruchung wie auch für die Formänderungen haben entsprechend ihrer Herleitung zunächst Gültigkeit für einen dünnen Schraubenkörper. Durch weitgehende numerische Untersuchung im bisher technisch interessierenden Fall wurde für die beanspruchenden Momente ermittelt, daß diese Größen auch gelten, wenn die Breitenausdehnung des Querschnitts (parallel zur Symmetrieachse) nicht mehr als klein wie bei einem dünnen Stab betrachtet werden kann.Hinsichtlich der Belastung durch Oberflächendruck kann das in dieser Arbeit Erschlossene in guter Näherung auch für Schraubenkörper mit einem (vollen oder hohlen) rechteckigen Achsenschnitt von kleinem Seitenverhältnis und mit Schmalseiten parallel zur Schraubenachse Verwendung finden.     

Berücksichtigung veränderlicher Wärmeübergangskoeffizienten und Wärmekapazitäten bei der Bemessung von Wärmeaustauschern

Zusammenfassung Die in einem Wärmeaustauscher für eine bestimmte Temperaturänderung zweier Stoffströme erforderliche Austauschfläche läßt sich nach bekannten Verfahren leicht bestimmen, wenn der Wärmedurchgangskoeffizient und die Wärmekapazitäten der Medien entlang der Austauschfläche konstant sind. Sind sie veränderlich, so lassen sich die gleichen Verfahren anwenden, wenn man für die veränderlichen Größen geeignete Mittelwerte einsetzt. Zur Bildung dieser Mittelwerte wird ein einfaches Näherungsverfahren abgeleitet. Hierbei muß man je nach Veränderlichkeit und gewünschter Genauigkeit die Wärmeübergangskoeffizienten und die Wärmekapazitäten für die erste Näherung an einer, für die zweite an zwei Stellen des Wärmeaustauschers berechnen. Anhand eines Beispiels aus der Wärmestrahlung wird gezeigt, daß auch bei stark temperaturabhängigen Wärmeübergangskoeffizienten die zweite Näherung sehr genaue Ergebnisse liefert. Auch die erste Näherung ist im Vergleich zu anderen Verfahren recht gut und dürfte in vielen Fällen ausreichend genau sein.

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Dimensioning heat exchangers with regard to variable heat transfer coefficients and heat capacities

The area necessary to effect a certain change of temperature of two fluids flowing through a heat exchanger can be calculated by well-known methods if the coefficients of heat transmission and heat capacity along the heat transferring surfaces are constant. In cases where these coefficients are variable the same methods are applicable if suitable averages are introduced. A simple approximation to determine these averages is deduced. In this method, depending on the extent of unsteadiness or the desired accuracy, one has to calculate the heat transfer coefficients and specific heats either, for the first approximation, at one point of the heat exchanger or, for the second approximation, at two points. An example with heat radiation shows that even with extremely temperature-dependent heat transfer coefficients the second approximation yields excellent results. The first approximation also is quite good compared with other methods and should be quite satisfactory in many applications.

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Mitteilung aus dem Institut für Thermodynamik der Technischen Universität Berlin.     

Second-order boundary-layer effects for the unsteady laminar incompressible three-dimensional stagnation-point flow

All the second-order boundary-layer effects on the unsteady laminar incompressible flow at the stagnation-point of a three-dimensional body for both nodal and saddle point regions have been studied. It has been assumed that the free-stream velocity, wall temperature and mass transfer vary arbitrarily with time. The effect of the Prandtl number has been taken into account. The partial differential equations governing the flow have been derived for the first time and then solved numerically unsteady free-stream velocity distributions, the nature of the using an implicit finite-difference scheme. It is found that the stagnation point and the mass transfer strongly affect the skin friction and heat transfer whereas the effects of the Prandtl number and the variation of the wall temperature with time are only on the heat transfer. The skin friction due to the combined effects of first- and second-order boundary layers is less than the skin friction due to, the first-order boundary layers whereas the heat transfer has the opposite behaviour. Suction increases the skin friction and heat transfer but injection does the opposite.

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Grenzschichteffekte zweiter Ordnung für laminare inkompressible dreidimensionale Staupunktströmung

Zusammenfassung Es wurden Grenzschichteffekte zweiter Ordnung bei instationärer laminarer inkompressibler Strömung am Staupunkt eines dreidimensionalen Körpers, sowohl für knotenartige als auch für sattelförmige Bereiche studiert. Dabei wurde angenommen, daß die Freistrahlgeschwindigkeit, die Wandtemperatur und der Stoffübergang beliebig mit der Zeit variieren. Der Einfluß Prandtlzahl wurde mit in Betracht gezogen. Die partiellen Differentialgleichungen welche die Strömung beschreiben, wurden zum ersten Mal abgeleitet und dann numerisch gelöst, wobei ein implizites finites Differenzverfahren verwendet wurde.Es wurde gefunden, daß die Verteilung der instationären Freistrahlgeschwindigkeit die Natur des Staupunktes und der Stofftransport die Wandreibung und den Wärmeübergang stark beeinflussen, während die Prandtl-Zahl und zeitlich veränderliche Wandtemperaturen sich nur auf den Wärmeübergang auswirken. Die Wandreibung infolge der kombinierten Einflüsse von Grenzschichten erster und zweiter Ordnung ist kleiner als diejenige infolge der Grenzschichten erster Ordnung, während der Wärmetransport umgekehrtes Verhalten zeigt. Eine Absaugung erhöht die Wandreibung und den Wärmeübergang Zublasen hat umgekehrte Wirkung.

     

Heat transfer in flow past a continuously moving porous flat plate with heat flux

The analysis of the heat transfer in flow past a continuously moving semi-infinite plate in the presence of suction/ injection with heat flux has been presented. Similarity solutions have been derived and the resulting equations are integrated numerically. It has been observed that an increase in suction value leads to an increase in temperature whereas it is opposite in the case of injection.

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Wärmeübergang in einer Strömung hinter einer wärmeabgebenden, kontinuierlich bewegten, porösen Platte

Zusammenfassung Es wird eine Analyse des Wärmeübergangs in einer Strömung hinter einer bewegten, halbunendlichen Platte bei gleichzeitiger Absaugung bzw. Ausströmung präsentiert. Mit Hilfe von Ähnlichkeitsbetrachtungen wurden Lösungen erarbeitet und die daraus resultierenden Gleichungen wurden numerisch integriert. Als Ergebnis zeigte sich, daß zunehmende Absaugung zu einer Erhöhung der Temperatur führt, während bei der Ausströmung das Gegenteil der Fall ist.