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Wärmeübertragung durch freie Konvektion an waagerechten, zylindrischen Rohren bei konzentrischer und exzentrischer Anordnung in einem zylindrischen Behälter

Heat transfer by free convection from a horizontal tube in concentric and eccentric cylindrical annulus

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Wärme - und Stoffübertragung Aims and scope Submit manuscript

Abstract

Heat transfer by free convection from a horizontal cylindrical tube in a cylindrical water filled annulus was measured for concentric and eccentric configurations. The ratio of the diameters of the annulus and the tube is 11.4. Comparisons with available correlation equations show that even for concentric configuration, the heat transfer problem can not be analysed as that in an infinite medium. For the eccentric configuration, the location and eccentricity influence strongly the heat transfer.

Zusammenfassung

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit experimentellen Untersuchungen zur Wärmeübertragung durch freie Konvektion an waagerechten, zylindrischen Rohren in zylindrischen Behältern. Die Messungen wurden bei einem Durchmesserverh ältnis Da/Di=11,4 sowohl bei konzentrischer als auch bei exzentrischer Anordnung von Innen- und Außenzylinder durchgeführt. Als Wärmeübertragungsmedium diente Wasser. Die Ergebnisse bei konzentrischer Anordnung wurden mit folgenden physikalischen Modellen verglichen: a) freie Konvektion um den Einzelzylinder im unendlichen Medium, b) freie Konvektion in zylindrischen Schichten. Der Vergleich mit vorhandenen Korrelationsgleichungen zu beiden Fällen zeigte, daß der Wärmeübergang dem Fall b) zugeordnet werden muß. Dies wurde durch die Ergebnisse bei exzentrischer Anordnung bestätigt. Es zeigte sich, daß die geometrische Anordnung von Innen- und Außenzylinder einen wesentlichen Einfluß auf die Wärmeübertragung und das Strömungsverhalten hat.

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cp :

spez. Wärmekapazität bei konstantem Druck

D :

Durchmesser

g :

Fallbeschleunigung

Gr :

Grashofzahl, Gl. (9)

l :

charakteristische Länge

L :

Rohrlänge

m :

Massenstrom

Nu :

Nusseltzahl, Gl. (2)

Pr :

Prandtlzahl, Gl. (8)

\(\dot Q\) :

Wärmestrom

r :

Radius

Ra :

Rayleighzahl,Pr·Gr

s :

Schichtdicke, ra ri

T :

Temperatur

V :

Volumenstrom

Δ :

Differenz

ε :

Exzentrizität (Verschiebung des Innenzylinders aus der konzentrischen Position)

η :

dynamische Viskosität

v :

kinematische Viskosität

λ :

Wärmeleitfähigkeit

ϱ :

Dichte

θ :

Neigungswinkel von der Vertikalen

a :

Innenwand des äußeren Zylinders

i :

Außenwand des inneren Zylinders

E :

Rohreintritt

A :

Rohraustritt

m :

mittel

s :

Wert bezogen auf Schichtdicke

D :

Wert bezogen auf Durchmesser

kr :

kritisch

L :

Wärmeleitung

Literatur

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Authors and Affiliations

  1. Institut für Thermo- und Fluiddynamik, Ruhr-Universität Bochum, Postfach 102148, D-4630, Bochum 1

    M. Schulte,  N. K. Mitra &  M. Fiebig

Authors
  1. M. Schulte
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  2. N. K. Mitra
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  3. M. Fiebig
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Schulte, M., Mitra, N.K. & Fiebig, M. Wärmeübertragung durch freie Konvektion an waagerechten, zylindrischen Rohren bei konzentrischer und exzentrischer Anordnung in einem zylindrischen Behälter. Wärme- und Stoffübertragung 19, 241–247 (1985). https://doi.org/10.1007/BF01002277

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  • DOI: https://doi.org/10.1007/BF01002277

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