KFUPM ePrints

Investigation of transient heat transfer in a rectangular packed duct with asymmetric heating.

Al-Qallaf, Mohammed S. (1998) Investigation of transient heat transfer in a rectangular packed duct with asymmetric heating. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img]
Preview
PDF
19Mb

Arabic Abstract

تبحث هذه الدراسة في الانتقال العملي الغير مستقر للحرارة في قناة مستطيلة محشوة ذات تسخين غير متناظر . إن هذا البحث يتناول الدراسة التجريبية والنظرية لموضوعه . لقد تمَّ تنفيذ التجارب في قناة مستطيلة محضوة ، وإن نسبة العرض للارتفاع لهذه القناة تساوي 4 . لقد تمَّ استخدام نوعان من مواد الحشر في هذه التجارب . النوع الأول يتكون من مادة البوليستايرين الممدة ذات شكل كروي بثلاثة أحجام مختلفة ، والنوع الآخر عبارة عن حجمين مختلفين من حلقات البلاستيك المقوى . أجريت التجارب بتزويد كميـّة حرارة ثابتة إلى السطح العلوي تتراوح ما بين 20 إلى 243 وات/م2 ورقم ريتولدز ما بين 300 إلى 1550 . التحليل النظري للموضوع كان مستند على حل معادلة الطور الواحد للنموذج الرياضي شبه المتجانس . لقد حل النموذج الرياضي باستخدام طريقة التجميع المتعامد الرقمية . أظهرت المقارنة بين درجات حرارة الهواء داخل الوعاء انتاتجة من حل المحادلة الرياضية بتلك المقاسة بشكل تجريبي ، فعالية النموذج الرياضي المستخدم لوصف الانتقال الحراري الغير مستقر في الأوعية المحشوة ذات التسخين اللامتناظر . لقد تمَّ دراسة تأثير شكل ، وحجم مواد الحشر المستخدمة في الوعاء ، ورقم رينولدز على نقل الحرارة الغير مستقرة . بينت الدراسة أن شكل المواد المستخدمة لا يؤثر على نقل الحرارة ولا على الوقت اللازم للوصول إلى درجة الحرارة الثابتة . كما أن حجم المواد المستخدمة للحشو لا يؤثر على الوقت اللازم للوصول إلى المرحلة المستقرة ، بينما لوحظ أن درجة حرارة الهواء قد ارتفعت قليلاً عند استخدام مواد حشو صغيرة الحجم . لقد بينت الدراسة أيضاً أن الانتقال الحراري الغير مستقر يتناسب عكسياً مع رقم رينولدز . كلما تناقص رقم رينولدز ، ازدادت درجة حرارة الهواء ، وكذلك الوقت اللازم للوصول إلى المرحلة المستقرة . لقد أوضحت الدراسة أهمية الانتشار المحوري في عملية الانتقال الحراري الغير مستقر في قناة مستطيلة محشوة والتي تنساب من خلال سطحها العلوي كمية حرارة ثابتة بينما أسطحها الأخرى معزولة . استنتج أن الانتشار المحوري هام في بداية الوقت لعملية الانتقال الحراري ، بينما درجة الأهمية تتناقص كلما وصلنا إلى المرحلة المستقرة . كما وجد أيضاً أن أهمية الانتشار المحوري تقل تدريجياً كلما قل رقم رينولدز .

English Abstract

The study investigated the transient convection heat transfer in a rectangular packed duct with asymmetric heating. The study involved both experimental and theoretical works. The experiments have been conducted in a rectangular packed duct with aspect ratio W/H of 4. Two different types of packing material have been used in the experiments, three sizes of expanded polystyrene spheres and two sizes of polyvinyl chloride Rashing Ring. The experimental runs for the different packing were conducted with heat flux in the range 20 to 243 W/m² and Reynolds number in the range of 300 to 1550. The theoretical analysis of the problem was based on solving the one phase pseudo-homogeneous mathematical model. The model was solved numerically using the method of orthogonal collection. The predicted air temperature trends were compared with those measured experimentally and they have shown a good agreement. The effect of shape, size of packing and Reynolds number on transient heat transfer was studied. It was found that the shape of packing has neither effect on heat transfer nor the time required to reach steady state. The size of packing has no effect on the time needed to reach steady state, however, the air temperature has shown a slight improvemetn when small particles wer used. As Reynolds number decreases, the time required to reach steady state increases. The study also investigated the significance of axial dispersion on the transient heat transfer process in a packed rectangular duct with heated top wall by a uniform heat flux and insulated bottom wall. It was concluded that the axial dispersion is significant in the early time and the degree of significance decreases as steady state is reached. It was found also that the significance of axial dispersion decreases as Reynolds number decreases.



Item Type:Thesis (Masters)
Date:December 1998
Date Type:Completion
Subjects:Chemical Engineering
Divisions:College Of Engineering Sciences > Chemical Engineering Dept
Creators:Al-Qallaf, Mohammed S.
Committee Advisor:Al-Ali, Habib H.
Committee Members:Sharma, Rajendra N. and Demirel, Ysar and Fatehi, Ashraf I.
ID Code:10270
Deposited By:KFUPM ePrints Admin
Deposited On:22 Jun 2008 17:00
Last Modified:26 Apr 2011 08:08

Repository Staff Only: item control page