A turbulent transport model with emphasis on heat transfer to liquid metals

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Abstract

An analysis of the energy transport to eddies in transit from the turbulent core to the wall region coupled with the elementary surface renewal and penetration model is presented for the turbulent tube flow of liquid metals. Previous formulations of the various forms of the surface renewal and penetration model have been based on the assumption that eddies arrive at the surface with initial temperature T1 equal to the bulk stream temperature Tb. However, due to the significance of molecular transport during the flight of eddies from the turbulent core to the wall region, the employment of this assumption immediately restricts the model to the analysis of the mean heat flux for fluids other than liquid metals. In contrast, the present analysis gives rise to an expression for the mean Nusselt number for turbulent tube flow which is shown to be applicable to fluids with moderate values of the Prandtl number (Pr = 0.5 - 5.0) as well as to the flow of liquid metals at high values of the Reynolds number.

Abstract

On présente, dans le cas de l'écoulement turbulent de métaux liquides dans un tube, une analyse du transport d'énergie à des tourbillons qui passent du noyau turbulent à la region des parois, en même temps qu'un modèle de renouvellement de la surface élémentaire et de pénétration. Les formules précédentes des diverses formes de modèle de renouvellement de la surface élémentaire et de pénétration étaient basées sur la supposition que les tourbillons atteignent la surface à une température initiate Ti, laquelle est égale à la température Tb de l'ensemble du courant. Toutefois, vu l'importance du transport moléculaire durant le passage des tourbillons du noyau turbulent à la région des parois, l'emploi de la dite hypothèse restreint le modèle à l'analyse du flux moyen de chaleur dans le cas de fluides autres que les métaux liquides. Par contraste, l'analyse actuelle donne naissance à une expression pour le nombre moyen de Nusselt, dans le cas d'un écoulement turbulent dans un tube; on démontre que celui-ci s'applique à des fluides pour lesquels la valeur du nombre de Prandtl est modéré (Pr = 0.5 - 5.0), ainsi qu'à l'écoulement de métaux liquides correspondant à un nombre de Prandtl élevé.

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