Coupled convective heat transfer from an inclined flat plate enclosure

Abstract

The problem of the coupling effect between free convection inside a rectangular enclosure and forced convection outside is investigated The bottom plate of the enclosure is isothermal while the two side walls are adiabatic The enclosure which is inclined at angles between 400 and 900 has an aspect ratio AR ranging from 1 to 10 The Rayleigh number (based on the height of the enclosure) is in the range Ra < 8 x 103 while the Reynolds number of the external flow Re < 3 x 105 The accuracy of the numerical scheme used for solving the governing equations is first verified by solving the standard cavity problem (internal free convection only) and comparing results with those obtained by previous investigators The coupling effect between the internal and external regimes resulted in a reduction in the heat rate in comparison with the standard problem The rate of heat transfer is found to be maximum at AR 2 and decreases with further increase of AR The increase of the inclination angle is found to reduce the heat transfer for AR < 4 while increasing it for AR > 4 The temperature reversals occur inside the enclosure and are slightly affected by the external flow The unidirectional flow results in heat transfer rates lower than those obtained for the corresponding counter flow regime

يعني هذا البحث بدراسة تأثير التقارن بين انتقال الحرارة بالحمل الطبيعي داخل نطاق مستطيل، وانتقال الحرارة بالحمل القسري خارج هذا النطاق ويتميز السطح السفلي للنطاق بدرجة حرارة ثابتة بينما تكون جدرانه الجانبية معزولة حراريا ويميل النطاق بزاوية تتراوح بين (40°، 90°) كما تتراوح نسبة طول النطاق إلى عرضه ما بين (1 إلى 10) وقد تمت الدراسة لرقم رالي (Rayleigh number) حتى (8000) بينما يتغير رقم رينولد (Reynolds number) حتى (300000) ولقد أجريت العمليات الحسابية لمشكلة نمطية (حمل طبيعي داخلي فقط) بهدف مقارنة النتائج بالأبحاث المنشورة وذلك لاختبار دقة الطريقة العددية المستخدمة في الحل وقد أظهرت الدراسة أن تأثير التقارن مع الحمل القسري الخارجي هو انخفاض معدل انتقال الحرارة بالمقارنة بالمشكلة النمطية وقد حدث أعلى معدل لانتقال الحرارة عندما كانت نسبة الطول إلى العرض (2) كما قل مع ازدياد هذه النسبة كما أدى ازدياد زاوية الميل إلى تناقص معدل انتقال الحرارة عندما كانت نسبة الطول إلى العرض أقل من (4) بينما أدى إلى ازدياد هذا المعدل عندما كانت نسبة الطول إلى العرض أكبر من (4) وقد حدثت ظاهرة انعكاس درجة الحرارة في النطاق وتأثرت هذه الظاهرة قليلا بظروف الانسياب الخارجي كما أظهرت النتائج أيضا الانسياب الأحادي الاتجاه يؤدي إلى انخفاض معدل انتقال الحرارة بالمقارنة بالانسياب ذي الاتجاه المتعاكس