Published July 1984 | Version v1
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Investigation of a natural convection in a small slot using a finite difference method

Description

Experimental results by Koster who studied natural convection processes in slender Hele-Shaw cells are simulated with an existing two-dimensional natural convection code. This investigation yields the following results: The basic model of the calculations, which assumes a constant temperature across the gap (smallest extent of the Hele-Shaw cell) and thus without heat exchange with the Plexiglas windows, leads to an underestimation of the experimentally obtained critical Rayleigh numbers (onset of convection, onset of oscillatory convection) by one order of magnitude and an overestimation of the nondimensional period compared to experimental findings. Another version of the code, which permits heat exchange with the windows reveals an overestimation of the critical Rayleigh numbers and smaller dimensionless periods than the experiments. By these two different approaches a twoside bounding the Koster's experiments are achieved. As the modified version overestimates the real heat transfer from and to the windows it may be concluded that using a suitably adapted heat transfer coefficient for the thermal coupling of the fluid and the windows numerical simulation would also reproduce quantitatively the results of Koster. The reason for the break down of the steady flow solution and the onset of transient flow was studied numerically by examining a model proposed by Howard. At this time no really satisfying answer to this question is available. (orig./GL)

Availability note (English)

MF available from INIS under the Report Number.

Abstract (German)

Experimente von Koster zur Naturkonvektion in schmalen Hele-Shaw-Zellen wurden mit einem bestehenden Rechenprogramm nachvollzogen. Die Ueberpruefung der Genauigkeit des Programmes in Abhaengigkeit von numerischen Parametern und physikalischen Annahmen fuehrte zu folgenden Ergebnissen: Das Basismodell der Rechnungen, das einen konstanten Temperaturverlauf quer zum Spalt voraussetzt und somit keinen Waermeaustausch mit den Fenstern zulaesst, ergibt eine Unterschaetzung der experimental ermittelten kritischen Rayleighzahlen (Einsetzen von Konvektion, Einsetzen von Oszillation) um etwa den Faktor 10 und eine Ueberschaetzung der Periodendauern um den Faktor 5. Eine zusaetzlich erstellte Variante des Programmes, die in erster Naeherung einen Waermeaustausch mit den Fenstern beruecksichtigt, liefert, im Gegensatz zum Basismodell, eine Ueberschaetzung der kritischen Rayleighzahlen und kleinere dimensionslose Periodendauern als die Experimente. Mit diesen beiden Modellannahmen werden die experimentellen Ergebnisse von Koster eingegrenzt. Da das modifizierte Waermeuebergangsmodell den tatsaechlichen Waermeaustausch mit den Fenstern ueberschaetzt - es wird ein linearer Temperaturverlauf ueber die Hoehe am Fensterrand und im Inneren ein parabolisches Temperaturprofil ueber die Tiefe angenommen - darf man davon ausgehen, dass mit einem geeignet angepassten Waermeuebertragungskoeffizienten fuer den Waermeaustausch zwischen Fluid und Fenster rechnerisch die experimentellen Ergebnisse von Koster auch quantitativ nachvollzogen werden koennen. Mit weiteren Rechnungen konnten Vorstellungen ueber Ursachen fuer das Instabilwerden und Einsetzen instationaerer Stroemungen, die auf einem Modell von Howard basieren, erhaertet werden. Insgesamt bedarf jedoch dieser Fragenkreis noch weiterer Untersuchungen. (orig./GL)

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Additional details

Additional titles

Original title (German)
Untersuchung der Naturkonvektion in einem engen Spalt mit Hilfe eines Differenzverfahrens

Publishing Information

Imprint Pagination
75 p.
Report number
KFK--3739

INIS

Country of Publication
Germany
Country of Input or Organization
Germany
INIS RN
15070147
Subject category
S42: ENGINEERING;
Resource subtype / Literary indicator
Progress Report
Descriptors DEI
BOUNDARY CONDITIONS; FRICTION; GRIDS; HEAT TRANSFER; ISOTHERMS; L CODES; LAPLACIAN; MESH GENERATION; NATURAL CONVECTION; NUMERICAL SOLUTION; NUSSELT NUMBER; OSCILLATIONS; TEMPERATURE DEPENDENCE; THREE-DIMENSIONAL CALCULATIONS; TWO-DIMENSIONAL CALCULATIONS; VELOCITY; WINDOWS
Descriptors DEC
COMPUTER CODES; CONVECTION; ELECTRODES; ENERGY TRANSFER; MATHEMATICAL OPERATORS; OPENINGS