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Abstract

The Joule-Thomson effect is known to be important in arctic gas pipelines. The Joule-Thomson effects on forced convective heat transfer in the thermal entrance region of pipes with uniform wall temperature are studied for steady fully developed turbulent gas flows by the Graetz method. Thermal entrance heat transfer results are presented for Prandtl number 0.72, Reynolds number 105 and Brinkman number ± 0.1, ± 1.0 with Joule-Thomson parameter Jμ ranging from 0 to 1.0 to cover the possible range in practical applications. Bulk temperatures and Nusselt numbers are also presented for fully developed flow with Reynolds numbers from 5 × 103 to 106. For given Prandtl and Reynolds numbers, the asymptotic Nusselt number is found to be dependent on the Joule-Thomson parameter only and is independent of Brinkman number. The fully developed bulk temperature is a linear function of Brinkman number and a linear relationship exists between the bulk temperature parameter (-θbf/Br) and the Joule-Thomson parameter Jμ for given Prandtl and Reynolds numbers.

On sait que les effets de Joule et Thomson sont importants dans le cas des pipe-lines qui transportent le gaz de la région arctique; on a étudié, par la méthode de Graetz et relativement aux écoulements de gaz turbulents, stables et en pleine évolution, l'action desdits effets sur le transfert thermique convectif et forcé dans la région d'entrée de chaleur des tuyaux à parois uniformes. Pour embrasser l'échelle possible des applications pratiques, on présente les résultats de transfert de la chaleur à l'entrée de celle-ci dans le cas du nombre de Prandtl de 0.72, du nombre de Reynolds de 105 et du nombre de Brinkman de ± 0.1, ± 1.0 ainsi que du paramètre de Joule et Thomson variant entre 0 to 1.0. On présente aussi les températures globales et les nombres de Nusselt, dans le cas d'un éoculement en plein évolution avec des nombres de Reynolds échelonnés entre 5 × 103 et 106. On a trouvé que, pour des nombres donnés de Prandtl et Reynolds, le nombre asymptotique de Nusselt ne dépendait que du paramètre de Joule et Thomson et qu'il était indépendant du nombre de Brinkman. La température globale de l'écoulement en pleine évolution est une fonction linéaire du nombre de Brinkman et il existe une relation linéaire entre le paramètre de temperature globale (-θbf/Br) et le paramètre Ju de Joule et Thomson, dans le cas de nombres données de Prandtl et Reynolds.