ISSN:
1432-1181
Source:
Springer Online Journal Archives 1860-2000
Topics:
Mechanical Engineering, Materials Science, Production Engineering, Mining and Metallurgy, Traffic Engineering, Precision Mechanics
,
Physics
Description / Table of Contents:
Zusammenfassung In der Arbeit wird analytisch und numerisch die durch den Effekt der Doppeldiffusion ausgelöste natürliche Konvektion eines Fluids untersucht, das in einem vertikalen Schacht über die beiden Seitenwände in Wärme- und Stoffaustausch steht. Haupteinflußparameter sind die thermische Rayleigh-Zahl Ra T , das Auftriebsverhältnis N, die Lewis-Zahl Le, die Prandtl-Zahl Pr und das Seitenverhältnis des Schachtes A. Im ersten Teil der Untersuchung wird eine Skalierungsanalyse bezüglich der zwei Extremfälle – durch Wärme- bzw. durch Stoffaustausch induzierte Konvektion – vorgenommen. Im zweiten Teil wird unter Zugrundelegung der Parallelstrom-Approximation eine analytische Lösung für hohe Schächte (A≫1) abgeleitet. Lösungen für Strömungsfelder, Temperatur- und Konzentrationsverteilungen, so wie Nusselt- und Sherwood-Zahlen lassen sich in Abhängigkeit von den Haupteinflußparametern angeben. In den Grenzfällen – wärme- bzw. konzentrationsinduzierte Strömung – liefern die Berechnungen nach der Skalierungsanalyse gute Übereinstimmung mit jenen der analytischen Lösung. Die numerischen Lösungen basieren auf den vollständigen Hauptgleichungen für zweidimensionale Strömungsfelder und überdecken die Parameterbereiche: 1≤Ra T ≤107; 0≤N≤105; 10-3≤Le≤103; 1≤A≤20 und Pr=7. Die analytischen Vorhersagen stimmen gut mit den numerischen Simulationsrechnungen überein.
Notes:
Abstract This paper presents an analytical and numerical study of natural convection of a double-diffusive fluid contained in a rectangular slot subject to uniform heat and mass fluxes along the vertical sides. Governing parameters of the problem under study are the thermal Rayleigh number, Ra T ; buoyancy ratio, N; Lewis number, Le; Prandtl number, Pr and aspect ratio of the cavity, A. In the first part of the analytical study a scale analysis is applied to the two extreme cases of heat-transfer and mass-transfer-driven flows. In the second part, an analytical solution, based on the parallel flow approximation, is reported for tall enclosures (A≫1). Solutions for the flow fields, temperature and concentration distributions and Nusselt and Sherwood numbers are obtained in terms of the governing parameters of the problem. In the limits of heat-driven and solute-driven flows a good agreement is obtained between the prediction of the scale analysis and those of the analytical solution. The numerical solutions are based on the complete governing equations for two-dimensional flows, and cover the range 1≤Ra T ≤107, 0≤N≤105, 10-3≤Le≤103, 1≤A≤20 and Pr=7. A good agreement is found between the analytical predictions and the numerical simulation.
Type of Medium:
Electronic Resource
URL:
http://dx.doi.org/10.1007/s002310050100
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