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AbstractAbstract
[en] The method of direct numerical simulation is used to study heat transfer and statistical data for fully developed turbulent liquid metal flows in plane channels and annuli. Subgrid scale models using one transport equation account for the high wave-number turbulence not resolved by the finite difference grid. A special subgrid-scale heat flux model is deduced together with an approximative theory to calculate all model coefficients. This model can be applied on the total Peclet number range of technical liquid metal flows. Especially it can be used for very small Peclet numbers, where the results are independent on model parameters. A verification of the numerical results for liquid sodium and mercury flows is undertaken by the Nusselt number in plane channels and radial temperature and eddy conductivity profiles for annuli. The numerically determined Nusselt numbers for annuli indicate that many empirical correlations overestimate the influence of the ratio of radii. The numerical results for the eddy conductivity profiles may be used to remove these problems. The statistical properties of the simulated temperature fluctuations are within the wide scatter-band of experimental data. The numerical results give reasonable heat flux correlation coefficients which depend only weakly on the problem marking parameters. (orig.)
[de]
Die Methode der direkten numerischen Simulation wird zur Untersuchung des Waermetransportes und statistischer Daten voll entwickelter Fluessigmetallstroemungen in Plattenkanaelen und Ringspalten benutzt. Mit Feinstrukturmodellen, fuer die eine zusaetzliche Transportgleichung geloest wird, werden die hochfrequenten Turbulenzanteile beruecksichtigt, die nicht von den Maschennetzen aufgeloest werden koennen. Die Koeffizienten des vereinfachten Temperaturfeinstrukturmodells werden mittels einer Naeherungstheorie berechnet. Das Modell kann auf den gesamten Peclet-Zahlen-Bereich technischer Fluessigmetallstroemungen angewandt werden. Besonders vorteilhaft ist die Anwendung bei kleinen Peclet-Zahlen, weil dort die berechneten Temperaturfelder unabhaengig von Modellparametern sind. Die numerischen Ergebnisse fuer die Fluide Natrium und Quecksilber werden anhand der Nusselt-Zahlen fuer einen Plattenkanal, und anhand der radialen Profile der Temperatur und der turbulenten Waermeaustauschgroesse fuer Ringspalte verifiziert. Weiterhin zeigen die numerisch bestimmten Nusselt-Zahlen fuer Ringspalte, dass die meisten existierenden empirischen Beziehungen den Einfluss des Radienverhaeltnisses ueberschaetzen. Die numerischen Ergebnisse fuer die Profile der turbulenten Waermeaustauschgroesse in diesen Kanaelen koennen zur Beseitigung dieses Problems benutzt werden. Die statistischen Eigenschaften der simulierten Temperaturfluktuationen befinden sich innerhalb der weiten Streubaender experimenteller Daten. Die numerischen Ergebnisse liefern, im Gegensatz zu den meisten existierenden experimentellen Daten fuer Fluessigmetallstroemungen, realistische Waermestromkorrelationskoeffizienten, die zudem nur schwach von den Problemparametern abhaengen. (orig.)Source
Jun 1980; 74 p
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