Civil Engineering Reference
In-Depth Information
Geschwindigkeit fern des Einlaufs erhält (Chen 1973 ) eine sehr genaue Beziehung für die
Einlauflänge.
0 . 6
Re (1 + 0 . 035 Re ) .
+
hy
l
= 0 . 056 +
(5.57)
• hermisch einlaufende Strömung
Im Falle einer konstanten Wandtemperatur ( T w = konst. ) und unter Vernachlässigung vis-
koser Dissipation, axialer Fluidwärmeleitung und sonstiger Energiequellen/ -senken ergibt
sich eine Lösung für die lokale Nusselt-Zahl Nu x :
3 0 . 7
0 . 1
1 . 077 · ( x
)
für
x
N u x
=
0 . 1 .
(5.58)
0 . 488 exp( 57 . 2 x
3 . 657 + 6 . 874 · (10 3 x
)
)
für
x
Nach (Hausen 1943 ) lautet die Beziehung für die mittlere Nusselt-Zahl Nu m im gesamten
Bereich von x * :
0 . 0668
N u m
= 3 . 66 +
2 / 3 ) .
(5.59)
x
1 / 3 (0 . 04 +
x
Der Fehler der analytischen Beziehung ist von der Größenordnung von 2 % gegenüber
einer vollen numerischen Lösung. Der Einfluss der axialen Wärmeleitung ist für Pe > 50
vernachlässigbar (Hennecke 1968 ), aber die thermische Einlauflänge l th * wächst erheblich
an, von 0.033 für Pe → ∞ zu 0.5 für Pe = 1. Die dimensionslose Temperaturverteilung T * als
Funktion von r/R und x * zeigt die Abb.  5.10 . Die mittlere lokale Nusselt-Zahl Nu x sowie die
mittlere Nusselt-Zahl Nu m sind in der Abb.  5.11 dargestellt.
Analog lässt sich die thermische Einlauflänge für einen konstantem Wandwärmestrom
( q w = const. ) lösen. Die mittlere lokale Nusselt-Zahl Nu x und die mittlere Nusselt-Zahl Nu m
kann mit Hilfe von Approximationen abgeleitet werden:
1 / 3 1 . 0
5 · 10
5
1 . 302 · ( x
)
für x
1 / 3 0 . 5
für 5 · 10 5
1 . 5 · 10 3
1 . 302 · ( x
)
x
N u x
=
.
0 . 56 exp( 41 x
4 . 364 + 8 . 68 · (10 3 x
1 . 5 · 10 3
)
)
für x
(5.60)
) 1 / 3
0 . 03
1 . 953 · ( x
für x
N u m
=
0 . 03 .
(5.61)
4 . 364 + 0 . 0722 /x
für x
Der Näherungsfehler beträgt ca. ± 2  % gegenüber der exakten Lösung. Auch hier ist
die axiale Wärmeleitung für Pe > 10 vernachlässigbar, sofern x * > 0.005. Dies ist weniger
als beim Fall der konstanten Wandtemperatur. Die thermische Einlauflänge l th * beträgt
 
Search WWH ::




Custom Search