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Keywords:

  • natural convection;
  • heat and mass transfer;
  • film evaporation;
  • latent heat transport

Abstract

A numerical analysis was carried out to investigate the effects of film vaporization on natural convection heat and mass transfer in a vertical tube. Results for interfacial Nusselt and Sherwood numbers are presented for air-ethanol and air-water systems for various conditions. Predicted results show that heat transfer along the gas-liquid interface is dominated by the transport of latent heat in association with the vaporization of the liquid film. Additionally, the predicted results obtained by including transport in the liquid film are contrasted with those where liquid film transport is neglected, showing that the assumption of an extremely thin film made by Chang et al. (1986) and Yan and Lin (1990) is only valid for systems with small liquid mass flow rates. For systems with a high liquid film Reynolds number, Re10, the assumption of an extremely thin film is seriously in error.

Les effets de l'évaporation du film sur le transfert de chaleur et de matière à convection naturelle dans un tube vertical ont été étudiés numériquement. Les résultats des nombres de Nusselt et de Sherwood interfaciaux sont présentés pour les systèmes air-éthanol et air-eau dans des conditions variées. Les résultats prédits montrent que le transfert de chaleur le long de l'interface gaz-liquide est dominé par le transport de la chaleur latente en combinaison avec l'évaporation du film liquide. De plus, les résultats prédits obtenus tenant compte du transport dans le film liquide sont comparés à ceux qui négligent ce facteur; la comparaison montre que l'hypothèse d'un film extre'mement mince par Chang et al. (1986) et Yan et Lin (1990) est valide seulement pour les systèmes à faibles débits massiques de liquide. Pour les systèmes ayant un grand nombre de Reynolds du film liquide, Re10, l'hypothèse d'un film extre'mement mince est erronnée.