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 Es wird über Ergebnisse einer numerischen Studie berichtet, welche die Ermittlung des Gleichgewichtszustandes bei Konvektion von Wasser in Gegenwart von Eis in einem geneigten, rechteckigen, mit porösem Medium befüllten Behälter zum Ziele hatte. Eine Seite des Behälters wird über Schmelztemperatur, die andere darunter gehalten, während die übrigen zwei Seiten wärmedicht sind. Die Auswertung der Resultate erfolgt hinsichtlich des Dichteinversionsparameters, des Neigungswinkels und der Kühlplattentemperatur. Unterhalb einer Heiztemperatur von 25°C wird der Gleichgewichtszustand des Eis/Wasser-Systems entscheidend durch das Phänomen der Dichteanomalie beeinflußt. In einem Vertikalbehälter verursacht letztere die Ausbildung von zwei gegensinnig drehenden Walzen, was zu einer Verbreiterung der Wasserzone am Boden gegenüber der im oberen Bereich führt. Bei geneigtem Behälter existieren zwei Lösungszweige, welche die Boden-bzw. die Seitenheizungscharakteristik repräsentieren (Bénard- und Seitenheizungszweig). Aufgrund der Dichteinversion kann die Lösung auf dem Bénardzweig bei kleinen Neigungswinkeln oszillatorisches Verhalten anstatt Konvergenz liefern. Auf dem anderen Zweig ergibt sich bei 70° Neigungswinkel ein Maximum des Wärmestroms. Das Volumen der Wasserzone zeigt nur schwache Abhängigkeit vom Neigungswinkel. Bei Berücksichtigung des Unterkühlungseffektes führt die Wechselwirkung zwischen Leitung in der festen und Konvektion in der flüssigen Phase zu einer Gleichgewichtsstruktur der Eis/Wasser-Grenzfläche, welche bei einigen intermediären Kühlungsplattentemperaturen äußerst starke Unregelmäßigkeiten aufweist.
Notes:
Abstract This paper reports on the results of a numerical study on the equilibrium state of the convection of water in the presence of ice in an inclined rectangular cavity filled with a porous medium. One side of the cavity is maintained at a temperature higher than the fusion temperature while the opposite side is cooled to a temperature lower than the fusion temperature. The two remaining sides are insulated. Results are analysed in terms of the density inversion parameter, the tilt angle, and the cooling temperature. It appears that the phenomenon of density inversion plays an important role in the equilibrium of an ice-water system when the heating temperature is below 20°. In a vertical cavity, the density inversion causes the formation of two counterrotating vortices leading to a water volume which is wider at the bottom than at the top. When the cavity is inclined, there exist two branches of solutions which exhibit the bottom heating and the side heating characteristics, respectively (the Bénard and side heating branches). Due to the inversion of density, the solution on the Bénard branch may fail to converge to a steady state at small tilt angles and exhibits an oscillating behavior. On the side heating branch, a maximum heat transfer rate is obtained at a tilt angle of about 70° but the water volume was found to depend very weakly on the inclination of the cavity. Under the effect of subcooling, the interplay between conduction in the solid phase and convection in the liquid leads to an equilibrium ice-water interface which is most distorted at some intermediate cooling temperature.
Type of Medium:
Electronic Resource
URL:
http://dx.doi.org/10.1007/BF02346999
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