Experiments on heat transfer and pressure drop in a horizontal tube with internal solidification

• Published in: International journal of heat and mass transfer Vol. 19; no. 2; pp. 213 - 219
• Main Authors: Mulligan, J.C., Jones, D.D.
• Format: Journal Article
• Language: English
• Published: Elsevier Ltd 01.01.1976
• ISSN: 0017-9310; 1879-2189
• DOI: 10.1016/0017-9310(76)90115-0

The results of a series of experiments on liquid solidification in the thermal entrance region of a horizontal tube are presented. All involved steady, hydrodynamically developed laminar flow with a steady-state frozen deposit at the inside wall, a constant and uniform wall temperature, and a Graetz number in a range of significant natural convection. Heat transfer and pressure drop data is presented to further define the influence of free convection on solidification. It is shown that Oliver's correlation of combined forced and free convection is applicable when the L D is significantly greater than 50, and that the correlation is more accurate when corrected for the presence of a solid phase thickness. It is also shown that a parabolic velocity profile should not be used in the analytical prediction of pressure drop when natural convection effects are included. The results of these experiments confirm and strengthen previously reported data and conclusions. On présente les résultats d'une série d'expériences sur la solidification d'un liquide dans la région d'établissement du régime thermique à l'intérieur d'un tube horizontal. Toutes ces expériences supposent un écoulement laminaire établi permanent avec un dépôt congelé en état permanent sur la paroi interne, une température de paroi constante et uniforme, et un nombre de Graetz situé dans le domaine d'une convection naturelle importante. Les données de transfert thermique et de chute de pression sont présentées afin de définir plus avant l'influence de la convection libre sur la solidification. On montre que la corrélation d'Oliver pour la convection mixte est applicable lorsque L D est nettement supérieur à 50, et que cette corrélation est plus précise lorsqu'elle est corrigée afin de tenir compte de l'épaisseur de la phase solide. On montre également, qu'un profil de vitesse parabolique ne doit pas être utilisé dans la prévision analytique de la chute de pression lorsque sont inclus les effets de convection naturelle. Les résultats de ces expériences confirment et consolident les données et les conclusions présentées antérieurement. Es werden die Ergebnisse einer experimentallen Untersuchung über die Erstarrung im thermischen Einlaufbereich eines waagerechten Rohres wiedergegeben. Zugrundegelegt ist eine stationäre, hydrodynamisch ausgebildete, laminare Strömung mit einem stationär erstarrten Anteil an der Innenwand, eine konstante und einheitliche Wandtemperatur und eine Graetz-Zahl im Bereich der natürlichen Konvektion. Daten für den Wärmeübergang und den Druckabfall sind angegeben zur weiteren Klärung des Einflusses der freien Konvektion auf die Erstarrung. Es zeigte sich, daβ die Korrelation von Oliver für kombinierte erzwungene und freie Konvektion anwendbar ist, wenn das Verhältnis L D wesentlich gröβer als 50 ist. Die Korrelation erwies sich als genauer, wenn sie auf das Vorhandensein einer festen Phase bestimmter Dicke korrigiert wird. Es ergab sich auch, daβ ein parabolisches Geschwindigkeitsprofil für die analytische Behandlung nicht benutzt werden soll, wenn Einflüsse der natürlichen Konvektion vorhanden sind. Die Ergebnisse dieser Experimente bestätigen und bekräftigen frühere Daten und Schluβfolgerungen. Пpивoдятcя peзyльтaты cepии экcпepимeнтoв пo зaтвepдeвaнию жидкocти нa тeплoвoм вчoднoм yчacткe гopизoнтaльнoй тpyбы. Bo вceч экcпepимeнтaч иcпoльзoвaлocь ycтoйчивoe, гидpoдинaмичecки paзвитoe лaминapнoe тeчeниe c ycтoйчивым зaмepзшим ocaдкoм нa внyтpeннeй cтeнкe пpи пocтoяннoй и oднopoднoй тeмпepaтype cтeнки и чиcлaч Гpэтцa для знaчитeльнoй ecтecтвeннoй кoнвeкции. Для oпpeдeлeния влияния cвoбoднoй кoнвeкции нa зaтвepдeвaниe пpивoдятcя дaнныe пo тeплooбмeнy и пepeпaдy дaвлeния. Пoкaзaнo, чтo кoppeляция Oливepa для coвмecтнoй cвoбoднoй и вынyждeннoй кoнвeкции пpимeнимa пpи L/D знaчитeльнo бoльшим 50, и чтo c пoпpaвкaми нa тoлщинy твepдoй фaзы кoppeляция бoлee тoчнaя. Кpoмe тoгo пoкaзaнo, чтo в aнaлитичecкич pacчeтaч пepeпaдa дaвлeния, кoгдa yчитывaютcя эффeкты ecтecтвeннoй кoнвeкции, пapaбoличecкий пpoфиль cкopocти иcпoльзoвaть нe cлeдyeт. peзyльтaты этич экcпepимeнтoв пoдтвepждaют и дeлaют eшe бoлee дocтoвepными paнee пpивoдимыe в литepaтype дaнныe и вывoды.