Liquid solidification in combined hydrodynamic and thermal entrance region of a circular tube

Authors

  • G. J. Hwang,

    1. Department of Power Mechanical Engineering, National Tsing Hua University, Hsinchu, Taiwan, China
    Search for more papers by this author
  • Ja-Pung Sheu

    1. Department of Power Mechanical Engineering, National Tsing Hua University, Hsinchu, Taiwan, China
    2. Graduate student, Department of Mechanical Engineering, National Taiwan University, Taipei, Taiwan, China
    Search for more papers by this author

Abstract

The paper presents a theoretical and experimental investigation of liquid solidification in the combined hydrodynamic and thermal entrance region of a circular tube with a uniform wall temperature. The theoretical solution assumes that axial variations in liquid-solid interface are gradual and considers that effects of radial velocity component are significant in the entrance region. The theoretical analysis yields profiles of liquid-solid interface, pressure drop and heat transfer coefficient for the cases of Pr = 7 and 10.

Experimental work using water as a working medium was carried out to verify the theoretical result by employing two double-pipe heat exchangers with a small inner tube diameter to prevent free convection effects. A series of experimental data was obtained to calculate the mean heat transfer rate. Comparison between the experimental data and the theoretical results is made. Reasonable agreement is observed.

Abstract

On rapporte, dans le présent travail, une étude théorique et expérimentale de la solidification de liquides dans le secteur d'entrée à la fois hydrodynamique et thermique d'un tube circulaire dont la température des parois est uniforme. La solution théorique suppose que les variations axiales à l'interface liquide-solide sont graduelles et elle considère que les effets de la composante de vitesse radiale sont importants dans le sectenr d'entrée. L'analyse théorique fournit des profils de l'interface liquid-solide, de la chute de prcssion et du coefficient de transfert de la chaleur dans les cas où Pr = 7 et 10.

Dans le travail expérimental, on a employé l'eau comme milieu; il avait pour but de vérifier le résultat théorique au moyen de deux échangeurs de chaleur deux tubes, le diamètre du tube intéricur étant petit afin d'empěcher les effets de la convection libre. On a obtenu un certain nombre de données expérimentales pour calcnler le taux moyen de transfert de la chaleur. On a comparé les résultats expérimentaux aux données théoriques et observé qu'ils concordaient raisonnablement entre eux.

Ancillary