On the free convection from a horizontal plate

Zusammenfassung Die freie Konvektion an einer beheizten horizontalen Platte wird nach den üblichen Methoden der Grenzschichttheorie untersucht. Weist die wärmeübertragende Plattenseite nach oben, so ist das Problem auf dieser Basis unlösbar, wohl aber findet man eine widerspruchsfreie Lösung, wenn diese Plattenseite nach unten weist. In diesem ist die Nusselt Zahl, die den Wärmeübergang kennzeichnet, proportional der 1/5-ten Potenz der Rayleigh Zahl, welche die Beheizung charakterisiert. Die Übereinstimmung mit dem Experiment ist befriedigend.     

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.     

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.     

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.

     

The influence of turbulence on the transfer of heat to cylinders near the stagnation point

Zusammenfassung Es wird das problem des Einflusses der Turbulenz auf den Wärmeübergang an einem quer angeströmten Zylinder untersucht. Die Untersuchung beschränkt sich auf den Teil des Umfangs, über den sich die laminare Grenzschicht erstreckt. Einige ältere Messungen an der Vorderseite eines Zylinders werden miteinander verglichen, und es zeigt sich, dass ein wichtiger Parameter, nämlich die Intensität der Vorturbulenz bei den Untersuchungen nicht berücksichtigt worden ist. Die bekannten Messungen von Schmidt und Wenner werden kritisch untersucht und der genannte Effekt wird an ihnen aufgezeigt.Weiter werden eigene Messungen der lokalen Nusseltschen Zahl beschrieben. Die Messungen waren durchgeführt worden an der Vorderseite eines einzelnen Zylinders im Querstrom, und zwar in drei sich nicht überdeckenden Gebieten der Intensität der Vorturbulenz. Die Versuchsanordnung wird beschrieben und mögliche Einflüsse der Veränderung der Druckverteilung am Zylinder werden diskutiert. Obwohl dieser letztere Effekt nicht völlig eliminiert worden war, zeigen die Versuche doch klar, dass steigende Turbulenz ein starkes Anwachsen der lokalen Nusselt-Zahl bedingt. Dieses Anwachsen ist bei kleiner Turbulenz besonders stark. Ein Vergleich mit der theoretischen Lösung Froesslings, die für Turbulenz 0 gilt, zeigt, dass die Turbulenz den Wärmeübergang in der Staulinie bis zu 80% erhöhen kann, bei einer Turbulenzvariation von 0–3%.Diese Ergebnisse, die qualitativ interpretiert werden, stützen die Hypothese einer früheren Veröffentlichung, die annimmt, dass der Effekt durch Änderungen der laminaren Grenzschicht, die hervorgerufen werden durch Schwankungen von zunehmender Amplitude, wie sie bei zunehmenden Vorturbulenzen auftreten, bedingt ist.     

Heat-transfer near the stagnation point of a body of revolution in the presence of a magnetic field

Zusammenfassung Die affine Lösung vonNeuringer undMcIlroy [1] für die ebene, laminare Staupunktströmung einer elektrisch leitenden Flüssigkeit in einem magnetichen Feld wird auf den rotationssymmetrischen Fall erweitert. Die gemäss dem Jouleschen Gesetz umgesetzte Wärme sowie die Wärmezufuhr durch Reibung werden dabei ohne Vernachlässigung berücksichtigt.Die Randbedingungen werden neu formuliert, und Lösungen werden erhalten in der Gestalt von gewöhnlichen Differentialgleichungen, die numerisch integriert werden.Die Grössenordnung der auftretenden Parameter wird abgeschätzt in Fällen, welche physikalisches Interesse haben. In den meisten Fällen ist es möglich, eine Grenzschicht-Annäherung einzuführen. Die Resultate hängen dann im wesentlichen nur von einem einzigen Parameter ab. Die Geschwindigkeitsverteilung, das magnetische Feld und der Wärmeübergang an der Körperoberfläche werden berechnet.     

Magnetohydrodynamic free convection flow about a semi-infinite plate at whose surface the heat flux is uniform

Summary The magnetohydrodynamic free convection flow of an electrically conducting fluid past a vertical, semi-infinite plate in a strong cross field has been examined when a uniform heat flux is present at the plate. Formulation in terms of a characteristic length has enabled a full numerical solution to be obtained providing details of skin friction and heat transfer at all stations along the plate for a range of Prandtl numbers appropriate to liquid metal coolants. Series solutions are also presented which give good estimates of the skin friction and heat transfer coefficients.

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Zusammenfassung Die magneto-hydrodynamische Strömung mit freier Konvektion in einer elektrisch leitenden Flüssigkeit entlang einer vertikalen halbunendlichen Platte mit einem gleichförmigen Wärmefluß ist in einem starken Querfeld untersucht worden. Die Einführung einer charakteristischen Länge hat eine vollständige numerische Lösung ermöglicht, die die Reibungskraft und den Wärmeübergang entlang der Platte ergibt, für einen Bereich von Prandtlzahlen geeignet für Flüssigmetallkühler, Reihenlösungen, die gute Schätzungen von Reibungskraft und Wärmeübergangs-Koeffizienten ermöglichen.

     

A comparison value for results on convection in bounded geometries

A very conservative lower bound for buoyancy driven convection in bounded geometries is obtained. This bound is extremely simple to evaluate and is used to expose inconsistencies in some of the earlier published numerical results.

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Zusammenfassung Es wird eine sehr konservative untere Grenze für natürliche Konvektion in begrenzten Gebieten erhalten. Die Grenze läßt sich äußerst einfach berechnen; sie wird benützt um auf inkonsistente Ergebnisse in veröffentlichten numerischen Resultaten hinzuweisen.

     

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.

     

Magnetohydrodynamic free convection about a semi-infinite vertical plate in a strong cross field

Summary The magnetohydrodynamic free convection flow of an electrically conducting fluid past a semi-infinite plate in a strong cross-field has been examined. Formulation in terms of a characteristic length has enabled a full numerical solution to be obtained providing details of skin friction and heat transfer at all stations along the plate. An estimate of an indeterminacy in asymptotic solutions allows favourable comparison to be made between series solutions estimates of these quantities and their exact numerical values.

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Zusammenfassung Die magneto-hydrodynamische Strömung mit freier Konvektion in einer elektrisch leitenden Flüssigkeit entlang einer halbunendlichen Platte ist in einem starken Querfeld untersucht worden. Die Einführung einer charakteristischen Länge hat eine vollständige numerische Lösung ermöglicht, die die Reibungskraft und den Wärmeübergang entlang der Platte ergibt. Eine Abschätzung von einer Unbestimmtheit in den asymptotischen Lösungen erlaubt einen Vergleich zwischen den durch Reihelösungen erhaltenen Werten dieser Grössen und ihren exakten numerischen Werten.

     

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.     

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.     

Modification of convective systems by terrain with local relief of several hundred meters

Zusammenfassung Eingehende Untersuchungen über den Lebenszyklus von durch Regenschauer erzeugten Radarechos und Beobachtungen von Luftbewegungen mittels radarverfolgten Ballons geben Einsicht in einen der physikalischen Kontrollmechanismen, die der Verteilung des sommerlichen Niederschlags in den Zentralappalachen unterliegen. Beobachtungen, die sich über drei Jahre hinweg erstrecken, werden benützt, um zu erklären, wie die durch das Gelände verursachten Wellenbewegungen bevorzugte Gebiete der Schauerauflösung hervorrufen können. Als Beispiel zeigt der besonders trockene Sommer des Jahres 1962, wie grossräumige Luftströmungen, die Mangel an Niederschlag verursachen, im allgemeinen gut ausgebildete stehende Wellen an den Bergen dieser Gegend hervorrufen, und wie dies sich daraufhin auswirkt, die normalen, kleinräumigen Variationen der Niederschlagsverteilung zu vergrössern.Berechnungen ergeben, dass die durch Ausfrieren unterkühlter Teile einer Kumuluswolke freiwerdende Wärme einen positiven Auftrieb verursachen kann, der von derselben Grössenordnung ist wie der im abwärtsgerichteten Teil der Wellenbewegung induzierte negative Auftrieb. Hieraus lässt sich schliessen, dass Wolkenimpfungen dazu dienen könnten, die frühzeitige Schauerauflösung in solchen Wolkensystemen und damit die in Gebieten mit häufiger Bergwellenbildung vorkommende Trockenheit zu verhindern. Natürlich kann dies nicht durch routinemässige Betätigung von Impfstoffquellen vom Boden oder Flugzeug aus geschehen; Voraussetzungen dazu sind Beobachtungen der Wolkensysteme in allen Einzelheiten und Auslösung des Impfmaterials in grossen Mengen zu genau vorbestimmter Zeit und an der richtigen Wolkenstelle.     

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.     

Laminar flow of an elastico-viscous fluid between two parallel walls with heat transfer

Zusammenfassung Für eine laminar zwischen zwei parallelen Wänden strömende viskoelastische Flüssigkeit mit Stoffgleichung nachNoll wird der Wärmeübergang zwischen den Wänden für konstante bzw. linear veränderliche Wandtemperatur berechnet.     

Buoyancy driven instabilities in rotating layers with parallel axis of rotation

Summary The stability of fluid flow in the gap between two co-axial cylinders kept at different temperatures is considered in the case when the configuration is rotating rigidly about its vertical axis of symmetry. Instabilities in the form of baroclinic waves and thermal convection driven by centrifugal buoyancy have long been studied experimentally and theoretically for this configuration. It is shown that there is still another mechanism of instability which can be isolated in the limit of large Prandtl numbers. Rolls slightly inclined with respect to the axis of rotation convert potential energy into kinetic energy of motion and viscous dissipation. Another simple solution of the stability problem is obtained in the low Prandtl number limit where a shear flow instability akin to the Taylor vortex mechanism is realized.

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Zusammenfassung Die Stabilität der Strömung im Zwischenraum zwischen zwei ko-axialen Zylindern, die auf verschiedenen Temperaturen gehalten werden, wird betrachtet in dem Fall, wenn die Konfiguration um ihre vertikale Symmetrieachse starr rotiert. Instabilitäten in der Form von baroklinen Wellen und thermische Konvektion angetrieben durch den zentrifugalen Auftrieb sind für diese Konfiguration Scit langem experimentell und theoretisch untersucht worden. Es wird gezeigt, daß ein weiterer Instabilitätsmechanismus existiert, der im Fall großer Prandtlzahlen isoliert werden kann. Rollen, die bezüglich der Rotationsachse leicht geneigt sind, wandeln potentielle Energie um in kinetische Energie der Bewegung und viskose Dissipation. Eine andere einfache Lösung des Stabilitätsproblems bekommt man im Limes kleiner Prandtlzahlen, wobei eine dem Taylorwirbel-Mechanismus ähnliche Scherströmungsin-stabilität realisiert wird.

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Herrn Professor Klaus Kirchgässner zum 60. Geburstag gewidmet     

Some considerations of radiation in magnetohydrodynamic Couette flow

Zusammenfassung In der Abhandlung wird der Einfluss magnetischer Felder auf den Energietransport in inkompressibler Couette-Strömung zwischen zwei sich relativ zueinander bewegenden ebenen Platten untersucht. Das äussere Magnetfeld wirkt senkrecht zur Strömungsrichtung und senkrecht zur Oberfläche der Platten. Die beiden isothermen Platten emittieren und reflektieren diffus Wärmestrahlung. Das Strömungsmedium ist isotrop und kann Wärme absorbieren und emittieren. Die nicht lineare Integro-Differential-Energiegleichung ist näherungweise gelöst. Die numerischen Ergebnisse zeigen den Einfluss der Hartmannschen Zahl und anderer dimensionsloser Kenngrössen auf die Temperaturverteilung und die Wärmeübertragung.     

On heat transfer modelling for turbulent shear flows on curved surfaces

Summary A second-order closure method for turbulent flow has been used by Dr. R. M. C. So to predict the effects of wall curvature on boundary layer heat transfer, apparently with good results. In the present paper it is shown that these good results are attributable mainly to algebraic errors made in working out the analysis and partly to unrealistic values having been assigned to the model coefficients. Attention is drawn to some of the fundamental difficulties encountered in modelling turbulent heat transfer and it is concluded that these have yet to be overcome for complex flows.

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Zusammenfassung Eine Schließungsmethode zweiter Ordnung für turbulente Strömungen wurde von Dr. R. M. C. So benützt um Effekte der Wandkrümmung auf die Wärmeübertragung vorauszusagen, mit anscheinend guten Resultaten. In dieser Arbeit wird gezeigt, daß diese guten Ergebnisse hauptsächlich gewissen algebraischen Fehlern in der Analyse zuzuschreiben sind; zum Teil sind auch den Modell-Koeffizienten unrealistische Werte zugeordnet worden. Es wird auf die grundsätzlichen Schwierigkeiten hingewiesen, die bei Modellen für turbulente Wärmeübertragung auftreten, und es wird der Schluß gezogen, daß diese für komplizierte Strömungen noch nicht überwunden worden sind.

     

Heat transfer and Reynolds' analogy in a turbulent flow with heat release

Zusammenfassung Es wird die Wärmeübertragung von und zu einer voll entwickelten, wärmeabgebenden, turbulenten Strömung in einem Rohr analysiert. Durch die Anwendung der Laplace-Transformation wird die partielle Randwertaufgabe der Temperaturverteilung in einem Rohr von kreisförmigem Querschnitt auf eine gewöhnliche Sturm-Liouvillesche Randwertaufgabe zurückgeführt. Die entsprechenden Eigenwerte und Eigenfunktionen können nun mittels des Ritzschen Verfahrens für verschiedene Werte der Prandtlschen und Reynoldsschen Zahlen berechnet werden.Die Verteilung der Temperatur und des Wärmeflusses entlang der Wand erhält man in Form einer Reihe, deren Glieder diese Eigenwerte und Eigenfunktionen enthalten. Durch Verallgemeinerung des Prandtlschen Wärmequellen-Satzes wird die Reynoldssche Analogie der Wärmeübertragung und der flüssigen Reibung für eine wärmeabgebende turbulente Strömung erweitert.Die genaue asymptotische Wärmefluss und Temperaturverteilung, die man erhält, gestattet eine Abschätzung des Fehlers, den man bei einer Anwendung der Ritzschen Methode und der daraus folgenden Reihenentwicklung erhalten würde. Diese Analyse kann für die wärmeabgebenden turbulenten Strömungen in Atomreaktoren angewendet werden.

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The results presented in this paper were obtained in the course of research sponsored by the Office of Scientific Research of the ARDC, US Air Force under Contract AF 18 (603)-104.     

Axially symmetric plumes at large Prandtl numbers

Summary The natural convection from a point source of heat is developed in an asymptotic series for moderate to large values of the Prandtl number.

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Zusammenfassung Die natürliche Konvektion von einer punktförmigen Wärmequelle wird in einer asymptotrischen Reihe für grosse und mässige Werte der Prandtl'schen Zahl dargestellet.