Wärme - Lehrstuhl für Thermodynamik
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2.2 Neue Untersuchungen zu Mischkonvektionsströmungen 15<br />
von Han [35] zu demselben <strong>Wärme</strong>übertragungsproblem ergaben<br />
zum Teil erhebliche Widersprüche bezüglich der Reibungsbeiwerte<br />
und der Nußelt-Zahlen. Zurückgeführt werden diese Unstimmigkeiten<br />
auf die unterschiedliche Wahl der Referenztemperaturen, mit denen<br />
die Analysen durchgeführt wurden.<br />
Den Einfluss der gewählten Referenztemperatur bei Berechnungen<br />
voll ausgebildeter Mischkonvektionsströmungen in vertikalen<br />
Kanälen wurde von Barletta und Zanchini [6] in einer weiteren<br />
Arbeit diskutiert. Für unterschiedliche Randbedingungen (1. konstante<br />
Wandtemperaturen; 2. eine Wand hat konstante Wandtemperatur<br />
und eine Wand konstanten <strong>Wärme</strong>strom) wird gezeigt, dass die<br />
Referenztemperatur einen nicht vernachlässigbaren Einfluss auf die<br />
vorhergesagten Geschwindigkeitsverteilungen und auf die vorausberechnete<br />
axiale Druckdifferenz ausübt. Für den Fall des konstanten<br />
<strong>Wärme</strong>stromes wird eine analytische Lösung unter Verwendung der<br />
mittleren Fluidtemperatur in jedem Strömungsquerschnitt als lokale<br />
Referenztemperatur angegeben.<br />
Neue Untersuchungen zu beheizten, vertikalen Kanalströmungen unter<br />
Berücksichtigung des Auftriebs stammen von Cheng et al.<br />
[22]. Sie untersuchten numerisch Mischkonvektionsströmungen, bei<br />
denen eine Wand auf eine konstante Temperatur aufgeheizt wurde.<br />
Durch die Beheizung nimmt die Fluiddichte in Wandnähe<br />
ab, wird beschleunigt und es bildet sich innerhalb der Grenzschicht<br />
ein Geschindigkeitsmaximum aus. Aus Kontinuitätsgründen<br />
sinkt die Geschwindigkeit im Strömungskern teilweise soweit ab,<br />
dass negative Geschwindigkeiten (Rückströmung) auftreten. Gezeigt<br />
wird, dass das Auftreten von Rückströmungen und deren Intensität<br />
hauptsächlich von dem Verhältnis Gr/Re und vom Höhe/Breite-<br />
Verhältnis des Strömungsquerschnittes abhängt. Mit steigendem<br />
Höhe/Breite-Verhältnis steigt auch der Grenzwert <strong>für</strong> Gr/Re, der<br />
<strong>für</strong> das Vorhandensein von Rückströmgebieten verantwortlich ist.<br />
Die Nu-Zahl an der heißen Wand steigt deutlich mit zunehmendem<br />
Gr/Re-Verhältnis an.
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