Heat transfer with coiled wire turbulence promoters

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Abstract

An experimental study of forced convection heat transfer and frictional power loss for water flowing in a vertical tube is reported in this paper. The study investigates the effect of coiled wire turbulence promoters of various pitch to diameter ratio (1.00–5.50) upon the Nusselt Prandtl modulus Nu/Pr1/3 and Fanning friction factor Cf for three different wire diameters, 0.052-in., 0.063-in. and 0.072-in. Analysis of the computed results indicates that heat transfer increases by as much as 280%, though at the cost of much larger increase in frictional power loss. Consequently, coiled wire turbulence promoters can be used with advantage for cases where pumping power is not the dominating factor and reduction in weight and size of the equipment is more important.

The present results and those of three previous investigations of heat transfer in tubes with coiled wire turbulence promoters were satisfactorily correlated by the expression

equation image

which was found to be independent of the tube diameter, wire diameter, pitch to diameter ratio and the test fluid.

Abstract

On expose dans le travail actuel une étude expérimentale du transfert de la chaleur par convection forcée et de la perte d'énergie par frottement dans le cas de l'eau qui coule dans un tube vertical. L'étude embrasse l'effet d'agents de turbulence faits en fil enroulé (et dont le rapport entre la pente par rapport à l'axe et le diamètre varie entre 1.00 et 5.50) sur le module de Nusselt et Prandtl Nu/Pr1/3 et le coefficient de frottement de Fanning Cf, dans le cas de trois diamètres différents de fil, à savoir 0.052′, 0.063′ et 0.072′. L'analyse des résultats calculés indique que le transfert de la chaleur augmente jusqu'à 280%, mais cela se fait au prix d'un accroissement bien plus considerable de la perte en énergie due au frottement. Il s'en suit qu'on peut utiliser avantageusement les agents de turbulence en fils enroulés dans les cas où l'énergie requise pour le pompage n'est pas le facteur primordial, mais où la réduction en poids et en dimensions de l'outil-lage est plus importante. On a établi une corrélation satisfaisante entre les résultats actuels et ceux de trois études précédentes de transfert de la chaleur dans des tubes en présence d'agents de turbulence formés de fils enroulés, au moyen de l'expression:

equation image

On a trouvé que la dite expression ne dépendait pas du diamètre du tube, du diamètre du fil, du rapport entre l'inclinaison par rapport à l'axe et le diamètre, et du fluide d'essai.

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