Heat transfer to wires and cylinders in high-temperature surroundings

Authors

  • N. N. Sayegh,

    1. Department of Chemical Engineering, McGill University, Montreal, Quebec H3A 2A7
    2. Pulp and Paper Research Institute of Canada, Pointe Claire, Quebec.
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  • W. H. Gauvin

    1. Department of Chemical Engineering, McGill University, Montreal, Quebec H3A 2A7
    2. Noranda Research Centre, Pointe Claire, Quebec.
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Abstract

This paper presents an extension to the case of wires and thin cylinders of a theoretical analysis previously reported by the authors to account for the effects of large temperature differences and large variations of the fluid property on the heat transfer process to a sphere exposed to a gas at very high temperatures.

Two concepts were used in this theoretical derivation: (i) the use of a limiting Nusselt number at Re = 0, as derived from the energy equation, and (ii) the use of a reference film temperature for the evaluation of the Reynolds number different from that used for the Nusselt number. The predictions of this analysis are shown to be in excellent agreement with published experimental data in the Re range 0.01 to 40, when the ratio of the wire to the free stream temperature exceeds 0.4. This range of operating conditions is frequently encountered in industrial plasma processing and in certain high-temperature chemical engineering operations.

Measurements in argon and chlorine plasma tailflames with temperature differences exceeding 2000 K are described.

Abstract

Une analyse théorique, présentée antérieurement par les auteurs, et permettant de rendre compte des effets de larges differences de température et de larges variations des propriétés du fluide sur le transfert de chaleur à une sphère au contact d'un gaz à très haute température, a été étendue au cas des fils et des cylindres minces.

Deux concepts ont été utilisés dans ce développement théorique: (i) l'utilisation d'un nombre de Nusselt-limite à Re = 0, obtenu à partir de l'équation de l'énergie, et (ii) l'utilisation d'une température de film de référence pour l'évaluation du nombre de Reynolds, différente de celle utilisée pour le calcul du nombre de Nusselt. On montre que les prédictions de cette analyse sont en excellent accord avec les données publiées pour des nombres de Reynolds compris entre 0.01 et 40, lorsque le rapport entre les températures du fil et de l'écoulement gazcux est supérieur à 0.4. Cette gamme de conditions opératoires se rencontre fréquemment dans les procédés industriels utilisant les plasmas et dans certaines opérations de génie chimique à haute température.

On décrit des mesures faites dans les flammes de plasmas d'argon et de chlore, impliquant des différences de températures supérieures à 2000 K.

Ancillary