Fulltext

Parametric Study of Laminar Free Convection in Inclined Porous Annulus with Fins on the Inner Cylinder

دراسة إستدلالية للحمل الحر الطباقي في فجوة حلقية مملؤة بوسط مسامي مع زعانف على الأسطوانة الداخلية

Manal Hadi Al-Hafidh --- Saad M. AL-Mashaat

Journal of Engineering مجلة الهندسة
ISSN: 17264073 25203339 Year: 2012 Volume: 18 Issue: 5 Pages: 661-681
Publisher: Baghdad University جامعة بغداد

Abstract

An experimental and numerical study has been carried out to investigate the heat transfer by natural convection in a three dimensional annulus enclosure filled with porous media (silica sand) between two inclined concentric cylinders with (and without) annular fins attached to the inner cylinder under steady state condition; The experiments were carried out for a range of modified Rayleigh number (0.2 ≤Ra*≤ 11) and extended to Ra*=500 for numerical study, annulus inclination angle of (δ = 0˚, 30˚, 60˚ and 90˚). The numerical study was to write the governing equation under an assumptions used Darcy law and Boussinesq’s approximation and then solved numerically using finite difference approximation. It was found that the average Nusselt number depends on (Ra*, Hf, δ and Rr ) and the maximum value of the local Nusselt number for vertical cylinder is about two times as large as that of the horizontal case. The results showed that, increasing of fin length increases the heat transfer rate for any fins pitch unless the area of the inner cylinder exceeds that of the outer one, then the heat will be stored in the porous media.A correlation for Nu in terms of Ra, Rr and δ, has been developed for inner cylinder. A comparison was made between the results of the present work and with other researches for the case without fins and excellent agreement was obtained and reveals deviation less than 5 % for average Nusselt number.

أجريت في هذاالبحث دراسة عملية ونظرية لإنتقال الطاقة الحرارية بالحمل الحر في فجوة حلقية ثلاثية الأبعاد مملؤة بوسط مسامي(رمل) بين أسطوانتين مائلتين متحدتي المركز بوجود (وعدم وجود) زعانف متصلة بالإسطوانة الداخلية تحت شروط حالة الإستقرار. أجريت التجارب العملية لمدى عدد رالي المعدّل (0.2≤Ra*≤11) ولمدى Ra*=500 في الجزء النظري ولزاوية ميل (δ = 0˚, 30˚, 60˚ and 90˚). تم كتابة المعادلات الحاكمة في الدراسة النظرية تحت فرضيات قانون دارسي وتقریب بوسنسك وتحويلها الى معادلة بدلالة الجهد المتجه والتي بدورھا حلت عدديا باستخدام طریقة الفروق المحددة. تتضمن إمكانية الحل العددي حساب الجهد المتجه ودرجة الحرارة وعدد نسلت الموقعي والمتوسط. بينت النتائج أن عدد نسلت المتوسط يعتمد على عدد رالي المعدّل وطول الزعنفة وزاوية ميل الأسطوانة ونسبة الأقطار, وأن أقصى عدد نسلت الموقعي للأسطوانة العمودبة حوالي الضعف لتلك في حالة الأسطوانة الأفقية.بينت النتائج أن زيادة طول الزعنفة لأي خطوة زعنفة يسبب زيادة في أنتقال الطاقة الحرارية إلا في حالة زيادة المساحة السطحية للأسطوانة الداخلية على تلك التي للأسطوانة الخارجية فإن ذلك يتسبب في خزن الطاقة الحرارية في الوسط المسامي. مثلت النتائج العملية والنظرية بمعادلات تجريبية للأسطوانة الداخلية تربط عدد نسلت الموقعي بعدد رالي المعدّل ونسبة الأقطاروزاوية الميل. قورنت النتائج للبحث الحالي مع نتائج بحوث أخرى في حالة عدم وجود زعانف وأعطت توافق جيد بنسبة إنحراف 5% لعدد نسلت المتوسط.

Keywords

natural convection --- three dimensional --- inclined annulus --- porous media and annular fins