Turbulent heat transfer in the thermal entrance region of concentric annuli with uniform wall heat flux

• Published in: International journal of heat and mass transfer 1970-01, Vol.13 (2), p.395-411
• Main Authors: Quarmby, Alan, Anand, R.K
• Format: Article
• Language: English
• ISSN: 0017-9310; 1879-2189
• DOI: 10.1016/0017-9310(70)90115-8

The problem of turbulent heat transfer in concentric annuli is analysed for the case in which there is a uniform heat flux at either annular surface. The solution is given for the thermal entrance region and the fully developed situation and may be extended by the principle of superposition to cases in whcih there are arbitrary axial variations in the wall heat flux at both annular surfaces. The solutions are given for radius ratios 2·88, 5·625, 9·37 and 50 with Reynolds numbers from 20000 to 240000 and for Pr = 0·01, 0·7 and 1000. There is good agreement with experimental results for annuli for Pr = 0·7 whilst some results for a radius ratio equal to 50 compare favourably with results for a circular tube for other Prandtl numbers. Le problème du transport de chaleur turbulent dans des conduites annulaires concentriques est analysé dans le cas où il y a un flux de chaleur uniforme sur chaque surface annulaire. On donne la solution pour la région d'entrée thermique et le régime entièrement établi qui peut être étendue, grâce au principe de superposition, aux cas où il y a des variations axiales du flux de chaleur pariétal sur les deux surfaces annulaires. Les solutions sont données pour les rapports des rayons égaux à 2,88; 5,625; 9,37 et 50 avec des nombres de Reynolds de 20000 à 240000 et pour Pr = 0,01; 0,7 et 1000. Il y a un bon accord avec les résultats expérimentaux pour des conduites annulaires pour Pr = 0,7 tandis que certains résultats, pour un rapport des rayons égal à 50, sont comparables favorablement avec les résultats pour un tube circulaire avec d'autres nombres de Prandtl. Das Problem des turbulenten Wärmeübergangs in konzentrischen Ringspalten wird untersucht für den Fall konstanter Wärmestromdichte an eine der beiden Ringoberflächen. Lösungen werden agegeben für das Gebiet des thermischen Einlaufs und für die ausgebildete Strömung. Sie können durch Superposition ausgedehnt werden, auf Fälle mit willkürlicher Wärmestromverteilung an beiden Ringflächen. Die Lösungen gelten für die Radienverhältnisse 2,88; 5,625; 9,37 und 50 bei Reynoldszahlen von 20000 bis 240000 und Prandtlzahlen von 0,01; 0,7 und 1000. Für Pr = 0,7 ist die Übereinstimmung mit experimentellen Ergebnissen gut, für ein Radienverhältnis von 50 lassen sich einige Ergebnisse auch für andere Prandtlzahlen sehr gut mit Werten für das Rohr mit Kreisquerschnitt vergleichen.