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 über die Ergebnisse einer numerischen Studie, betreffend die stationäre Konvektionsströmung und den stationären Wärmeübergang in einer rechteckigen, mit einem porösen, phasenveränderlichen Medium (PCM) verfüllten Kavität, berichtet. Den zwei vertikalen Berandungen der Kavität sind zwei, den Schmelzpunkt des PCM einschließende Temperaturen aufgeprägt, während die beiden horizontalen Berandungen adiabat gehalten werden. Das poröse Medium ist durch einen anisotropen Permeabilitätstensor charakterisiert, dessen Hauptachsen bezüglich des Gravitationsvektors beliebig orientiert sein können. Das Problem ist durch das Seitenverhältnis A, die Rayleigh–Zahl Ra, das Anisotropienverhältnis R und den Orientierungswinkel Θ des Permeabilitätstensor bestimmt. Hauptaugenmerk gilt dem Einfluß der anisotropen Permeabilität auf das Strömungsverhalten und den Wärme-übergang beim Phasenwechselprozeß flüssig/fest. Die Lösungsmethode basiert auf dem Kontrollvolumenprinzip in Verbindung mit der Landau-Transformation über welche das irreguläre Strömungsgebiet in ein rechteckiges abgebildet wird. Ergebnisse bezüglich Strömungsfeld, Temperaturverteilung, Phasengrenzenort und Wärmeübergang werden fürA=2, 5;Ra=40; 0≤Θ≤π; 0, 25≤R≤4 mitgeteilt. Es zeigte sich, daß der Gleichgewichtszustand des Phasenwechselsprozesses fest/flüssig sowohl durch das Anisotropieverhältnis R als auch durch den Orientierungswinkel Θ des Permeabilitätstensors wesentlich beeinflußt werden kann. Zum einen existiert bei festgehaltenen ParameternA, Ra undR eine optimale Orientierung Θmax, bei der die Stromstärke, das Flüssigkeitsvolumen und der Wärmestrom Maximalwerte erreichen, während für Θmin=Θmax+π/2 Minimalwerte resultieren. Ist das anisotrope Medium entlang der Optimalrichtung Θmax orientiert, so ergibt sich zum anderen, daß eine Vergrößerung der in diese Richtung fallenden Permeabilitätskomponente die Stromstärke und den Wärmestrom in gleichem Maße erhöht, während eine Vergrößerung der anderen Permeabilitätskomponente nur vernachlässigbaren Einfluß hat. In den untersuchten Parameterbereichen lag die Optimalrichtung zwischen dem Gravitationsvektor und der Hauptstromrichtung.
Notes:
Abstract This paper reports on the results of a numerical study of convection flow and heat transfer in a rectangular porous cavity filled with a phase change material under steady state conditions. The two vertical walls of the cavity are subject respectively to temperatures below and above the melting point of the PCM while adiabatic conditions are imposed on the horizontal walls. The porous medium is characterized by an anisotropic permeability tensor with the principal axes arbitrarily oriented with respect to the gravity vector. The problem is governed by the aspect ratioA, the Rayleigh numberRa, the anisotropy ratioR and the orientation angle θ of the permeability tensor. Attention is focused on these two latter parameters in order to investigate the effects of the anisotropic permeability on the fluid flow and heat transfer of the liquid/solid phase change process. The method of solution is based on the control volume approach in conjunction with the Landau-transformation to map the irregular flow domain into a rectangular one. The results are obtained for the flow field, temperature distribution, interface position and heat transfer rate forA=2.5,Ra=40, 0≤θ≤π, 0.25≤R≤4. It was found that the equilibrium state of the solid/liquid phase change process may be strongly influenced by the anisotropy ratioR as well as by the orientation angle θ of the permeability tensor. First, for a given set of parametersA,Ra andR, there exists an optimum orientation θmax for which the flow strength, the liquid volume and the heat transfer rate are maximum. There also exists an orientation θmin=θmax+π/2 for which these quantities are minimum. Second, when an anisotropic medium is oriented along the optimum direction θmax, an increase of the permeability component along that direction will increase the flow and heat transfer rate in a same order while an increase of the other permeability component only has a negligible effect. For the parameter ranges considered in the present study, it was found that the optimum direction is lying between the gravity vector and the dominant flow direction.
Type of Medium:
Electronic Resource
URL:
http://dx.doi.org/10.1007/s002310050108
Permalink
