Natural convection in an enclosure with discrete roughness elements on a vertical heated wall

• Published in: International journal of heat and mass transfer Vol. 31; no. 7; pp. 1423 - 1430
• Main Authors: Shakerin, S., Bohn, M., Loehrke, R.I.
• Format: Journal Article
• Language: English
• Published: Elsevier Ltd 1988
• ISSN: 0017-9310; 1879-2189
• DOI: 10.1016/0017-9310(88)90251-7

Laminar natural convection flow next to a heated wall with single and repeated, two-dimensional, rectangular roughness elements is studied numerically and experimentally. Dye flow visualization in water confirms the numerical prediction that the steady flow over these elements does not separate. Although steady flow reversals near the wall are not predicted or observed, nearly stagnant regions are formed, particularly between closely spaced roughness elements. The surface heat flux in these stagnant regions is relatively low, so the total heat transfer rate may be nearly the same as for a smooth wall in spite of the increased surface area. On étudie numériquement et expérimentalement la convection naturelle laminaire proche d'une paroi chaude avec des éléments rectangulaires répétitifs de rugosité. Une visualisation dans l'eau confirme le calcul numérique qui l'écoulement permanent sur ces éléments ne se sépare pas. Bien que des renversements d'écoulement ne sont ni prédits ni observés, des régions presque immobiles sont formées particulièrement entre des éléments de rugosité très rapprochés. Le flux de chaleur surfacique dans ces régions stagnantes est relativement faible, si bien que le flux total est à peu près le même que pour une paroi lisse en dépit de l'accroissement de surface. Die laminare Strömung durch natürliche Konvektion in der Nähe einer beheizten Wand mit wiederholt angebrachten, einzelnen zweidimensionalen rechtwinkligen Rauheitselementen wurde numerisch und experimentell untersucht. Sichtbarmachung der Strömung in Wasser mit einer Farbmarkierung bekräftigte die numerische Aussage, daß sich die ausgebildete Strömung an diesen Elementen nicht ablöst. Obwohl keine Rückströmung in Wandnähe vorausgesagt oder beobachtet wurde, bildeten sich Zonen aus, in denen die Strömung nahezu stagniert, besonders zwischen dichtstehenden Rauhigkeitselementen. Die Oberflächenwärmestromdichte ist in diesen Ruheregionen ziemlich klein, so daß der gesamte Wärmestrom beinahe derselbe ist wie an einer glatten Wand—trotz der vergrößerten Oberfläche. xиcлeннo и экcпepимeнтaльнo изyxaeтcя лaминapoe eceтecтвeннoкoнвeктивнoe тexeниe вoзлe нaгpeтoй cтeнки c oдинoxнымн и пoвтopяющимиcя двeмepными пpямoyгoльными элeмeнтaми шepoчoвacтocти. Haблюдeниe пoдкpaшeннoгo тexния вoды пoдтвepждaeт вывpды, пoлyeнныe в peзyльтaтe xиcлeннoгo pacxeтa, o тoм, xтo ycтoйxивocтъ тeэния нe нapyшaeтcя нaд этими элeмeнтaми. Чoтя ycтoйxивыe вoзвpaтныe пoтoкн нaд элeмeнтaми шepoчoвoвaтocти нe были пoлyxeны в pacxeтaч и нe нaблюдaлиcь, зaтo oбpaзoвывaлиcь пpaктиxecки зacтoйныe зoны, ocoбeннo мeждy близкo pacпoлoжeнными элeмeнтaми шepqhoвaтocти. Tecплoвoй пoтoк xepeы пoвepчнocть в зacтoйныч ыoнaч был oтнocитeльнo низoк, пoэтoмy oбщaя интecивнocть тeплoпepeнoвca oкaзaлcь пoxти тaкoй жe, кaк в cлyxae глaдкoй cтeки, нecмoтpя нa вoзpocшyю плoщaдь пoвepчнocти.