Stationärer Stoff- und Wärmeübergang an stationär quer angeströmten Zylindern

Abstract

The steady forced convection mass and heat transfer from circular cylinders has been investigated. The full mass transport differential equation has been integrated numerically. The employed velocity distributions are known [1]. The most important result is reproduced in a correlation for the mass transfer, which regards the turbulence intensity in the flow of the cylinders. This mass transfer law is proofed theoretically and experimentally in the range of Schmidt numbers from Sc=0.73 up to S=3.3×10⁴; however it is valid for 0≤Sc∞. It can be used for all values of Re Sc greater than Re Sc=7.3×10⁻⁵ and for all values of the Reynolds number less than the critical value, Re_kr. The critical Reynolds number, Re_kr, is a known function of the turbulence intensity [1]. For values of Re Sc less than Re Sc=7.3 x10⁻⁵ the mass transfer can be predicted by an analytical equation that based on Oseen type linearization of the differential equation. The conditions are illustrated, which allow to calculate the quantities for heat transfer by means of the correlations for the mass transfer.

Zusammenfassung

Die vorliegende Untersuchung liefert einen Beitrag über den Einfluß der erzwungenen Strömung auf den stationären Stoff-und Wärmeübergang an Kreiszylindern. Die vollständige Stofftransportgleichung wurde numerisch integriert. Die dazu erforderlichen Geschwindigkeitsfelder sind bekannt [1], Als ein wesentliches Ergebnis wird eine Berechnungsgleichung für den Stoffübergang mitgeteilt, die gleichzeitig den Einfluß der Turbulenz im Strömungsfeld des Zylinders berücksichtigt. Dieses bisher umfassendste Stoffübergangsgesetz für Kreiszylinder ist im Bereich der Schmidt-Zahl 0,73≤Sc≤3,3·10⁴ theoretisch wie auch experimentell gesichert; sein Gültigkeitsbereich ist jedoch durch 0≤Sc≤∞ gegeben. Es darf angewendet werden für alle Werte von Re Sc, die größer als Re Sc=7,3·10⁻⁵ sind, sofern die Reynolds-Zahl den kritischen Wert, Re_kr, nicht überschreitet. Die kritische Reynolds-Zahl, Re_kr, ist eine Funktion des Turbulenzgrades. Der funktionale Zusammenhang ist bekannt [1]. Für kleinere Werte als Re Sc=7,3·10⁻⁵ läßt sich der Stoffübergang mit Hilfe eines analytischen Näherungsgesetzes berechnen. Ferner wurden die Bedingungen erläutert, unter denen die für den Stofftransport erzielten Ergebnisse auch zur Berechnung des Wärmetransportes an Zvlindern verwendet werden dürfen.