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:
Abstract Higher-order boundary layer theory is used to study the behaviour of nonisothermal laminar and turbulent free jet flows. In addition to the Prandtl boundary layer equations, an equation is used to describe the equilibrium of forces normal to the flow direction. This equilibrium exists between the buoyancy forces caused by gravity and the centrifugal forces resulting from the curvature in the flow. The proper selection of reference values permits the characteristics of the jet flow to be expressed as universal functions in which only the initial jet orientation and the Prandtl number in the case of laminar flow are input parameters. When the volume flow is given in addition to the momentum and thermal energy, the characteristic parameter are the Archimedes number for turbulent flow and the modified Archimedes number for laminar flow. The jet flow is calculated using an integral method in which the eddy viscosity and the turbulent Prandtl number are given as functions of the local Archimedes number. Comparison of experimental data from the literature and from our laboratory on nonisothermal free jets with the theoretical results, show satisfactory agreement. The universal diagrams given in the paper are valid forall plane laminar (Pr=0.7) and turbulent nonisothermal jets.
Notes:
Zusammenfassung Es werden nichtisotherme laminare und turbulente ebene Freistrahlen berechnet. Dazu dienen die Differentialgleichungen der Prandtlschen Grenzschichttheorie, ergänzt durch eine weitere Gleichung der Grenzschichttheorie höherer Ordnung, die das Kräftegleichgewicht senkrecht zur Hauptströmungsrichtung wiedergibt. Danach stehen die über der Strahlbreite gemittelten Auftriebskräfte (infolge des Schwerefeldes) senkrecht zur Strömungsrichtung mit den Zentrifugalkräften der notwendigerweise gekrümmten Strahlen im Gleichgewicht. Durch geeignete Wahl der Bezugsgrößen lassen sich die Strahleigenschaften universell darstellen, wobei nur noch die Anfangsneigung der Strahlen und bei laminaren Strahlen die Prandtl-Zahl als Parameter eingehen. Wird am Strahlanfang neben Impuls und thermischer Energie auch der Volumenstrom vorgegeben, sind für turbulente Strömungen die Archimedes-Zahl und für laminare Strömungen die modifizierte Archimedes-Zahl die charakteristischen Kennzahlen. Die Strahlen werden mit einem Integralverfahren berechnet, wobei im turbulenten Fall empirische Ansätze für die Scheinviskosität und die turbulente Prandtl-Zahl als Funktion der örtlichen Archimedes-Zahl benutzt werden. Messungen aus der Literatur und eigene Messungen an turbulenten nichtisothermen Freistrahlen bestätigen die theoretischen Ergebnisse. Die angegebenen universellen Diagramme erfassenalle ebenen laminaren (Pr=0,7) und turbulenten nichtisothermen Strahlen.
Type of Medium:
Electronic Resource
URL:
http://dx.doi.org/10.1007/BF01433442
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