Effects of thermal dispersion on forced convection in fibrous media

• Published in: International journal of heat and mass transfer 1988-02, Vol.31 (2), p.301-309
• Main Authors: Hunt, M.L., Tien, C.L.
• Format: Article
• Language: English
• Subjects: Convective and constrained heat transfer; Exact sciences and technology; Fundamental areas of phenomenology (including applications); Heat transfer; Physics
• ISSN: 0017-9310; 1879-2189
• DOI: 10.1016/0017-9310(88)90013-0

This experimental study investigates non-Darcian flow and heat transfer in high-porosity fibrous media. It considers forced convection through materials of different permeability, porosity and thermal conductivity. The results show that the porous medium enhances heat transfer from a surface as compared to predicted results for slug or for laminar flow in a channel. This enhancement results from dispersion, a non-Darcian phenomenon describing the intra-pore mixing that develops as the fluid moves past the solid particles. The dispersive transport increases with flow rate and permeability, and at large Reynolds numbers overwhelms transport from solid conduction within the fibrous medium. To predict dispersion, this work develops a simple model based on the flow conditions and types of porous media. Results from the experiment and model demonstrate the effects of dispersion and the adequacy of the homogeneous fluidsolid energy equation to model the transport. L'étude expérimentale concerne l'écoulement non darcien et le transfert de chaleur dans les milieux fibreux à haute porosité. On considère la convection forcée à travers les matériaux de différentes perméabilités, porosités et conductivités thermiques. Les résultats montrent que les milieux poreux accroissent le transfert de chaleur à partir d'une surface, en comparaison avec les résultats calculés pour l'écoulement piston ou laminaire dans un canal. Cet accroissement résulte de la diffusion, un phénomène non darcien qui décrit le mélange intra-pore qui apparait quand le fluide se déplace entre les particules solides. Le transport dispersif augmente avec le flux d'écoulement et la perméabilité, et aux grands nombres de Reynolds il dépasse l'effet de la conduction dans le solide fibreux. Pour calculer la dispersion, ce travail développe un modèle simple basé sur les conditions d'écoulement et les types de milieux poreux. Les résultats de l'expérience et du modèle illustrent les effets de la dispersion et la pertinence de l'équation d'énergie homogène fluide-solide pour modéliser le transfert. Die Nicht-Darcy-Strömung und die Wärmeübertragung in hochporösen faserförmigen Stoffen wird experimentell untersucht. Erzwungene Konvektion durch Materialien verschiedener Permeabilität, Porosität und Wärmeleitfähigkeit werden betrachtet. Die Ergebnisse zeigen die Verbesserung des Wärmeübergangs an einer Oberfläche in dem porösen Medium im Vergleich zu den berechneten Ergebnissen für eine Kolbenströmung oder laminar