Abstract
The distribution of velocity and temperature in porous media is usually calculated by applying the Darcy law and the Boussinesq approximation. This implies that all properties are set constant except the density in the buoyancy terms. This is approximately true, if temperature differences are small in the area of interest. Nevertheless, in a hot gas duct with internal insulation important temperature differences occur between the inner and the outer wall. The present work therefore investigates the influence of temperature-dependent properties on the calculated results. In particular, the contribution of radiation to the thermal conductivity was studied for a high-temperature fibrous insulation. Measurements of the thermal conductivity in a vacuum show that the specific extinction coefficient is a practicable property to describe radiation in fibrous media. Solving the equations of continuity, momentum and energy with variable properties yields heat transfer coefficients which are up to 20% higher than those calculated by using the Boussinesq approximation. An attempt is sometimes made to improve the results from Boussinesq`s approximation by using the temperature-dependent thermal conductivity. It is shown in this paper that this leads to even lower heat transfer coefficients and therefore does not represent an improvement in accuracy. (orig.). [Deutsch] Die Stroemungs-
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Tebroke, T, and Achenbach, E.
Calculation of heat transfer through a horizontal porous annulus by conduction, radiation and convection using variable properties; Berechnung des Waermetransportes durch einen waagerechten poroesen Ringspalt infolge Leitung, Strahlung und Konvektion bei variablen Stoffwerten.
Germany: N. p.,
1992.
Web.
Tebroke, T, & Achenbach, E.
Calculation of heat transfer through a horizontal porous annulus by conduction, radiation and convection using variable properties; Berechnung des Waermetransportes durch einen waagerechten poroesen Ringspalt infolge Leitung, Strahlung und Konvektion bei variablen Stoffwerten.
Germany.
Tebroke, T, and Achenbach, E.
1992.
"Calculation of heat transfer through a horizontal porous annulus by conduction, radiation and convection using variable properties; Berechnung des Waermetransportes durch einen waagerechten poroesen Ringspalt infolge Leitung, Strahlung und Konvektion bei variablen Stoffwerten."
Germany.
@misc{etde_10124221,
title = {Calculation of heat transfer through a horizontal porous annulus by conduction, radiation and convection using variable properties; Berechnung des Waermetransportes durch einen waagerechten poroesen Ringspalt infolge Leitung, Strahlung und Konvektion bei variablen Stoffwerten}
author = {Tebroke, T, and Achenbach, E}
abstractNote = {The distribution of velocity and temperature in porous media is usually calculated by applying the Darcy law and the Boussinesq approximation. This implies that all properties are set constant except the density in the buoyancy terms. This is approximately true, if temperature differences are small in the area of interest. Nevertheless, in a hot gas duct with internal insulation important temperature differences occur between the inner and the outer wall. The present work therefore investigates the influence of temperature-dependent properties on the calculated results. In particular, the contribution of radiation to the thermal conductivity was studied for a high-temperature fibrous insulation. Measurements of the thermal conductivity in a vacuum show that the specific extinction coefficient is a practicable property to describe radiation in fibrous media. Solving the equations of continuity, momentum and energy with variable properties yields heat transfer coefficients which are up to 20% higher than those calculated by using the Boussinesq approximation. An attempt is sometimes made to improve the results from Boussinesq`s approximation by using the temperature-dependent thermal conductivity. It is shown in this paper that this leads to even lower heat transfer coefficients and therefore does not represent an improvement in accuracy. (orig.). [Deutsch] Die Stroemungs- und Temperaturverhaeltnisse in poroesen Medien werden ueblicherweise mit Hilfe des Darcy-Gesetzes und der Boussinesq-Approximation berechnet. Dabei werden mit Ausnahme der Dichte im Auftriebsterm alle Stoffwerte als konstant angesetzt, was bei geringen Temperaturdifferenzen im betrachteten Gebiet nahezu gegeben ist. Bei einer innenisolierten Heissgasleitung unterscheiden sich jedoch die Temperaturen and der Innen- und Aussenwand erheblich voneinander. In der vorliegenden Arbeit wird daher ueberprueft, wie sich die Beruecksichtigung der Temperaturabhaengigkeit der Stoffwerte auf das Ergebnis auswirkt. Insbesondere wurde der Strahlungsanteil an der Waermeleitfaehigkeit einer Hochtemperatur-Faserisolierung untersucht. Durch eigene Messungen der Waermeleitfaaehigkeit im Vakuum konnte die spezifische Extinktion als ein die Strahlung durch Fasermaterialien beschreibender Stoffwert ermittelt werden. Die Loesung der Erhaltungsgleichungen fuer Masse, Impuls und Energie uner Beruecksichtigung von variablen Stoffwerten liefert das Ergebnis, dass bis zu 20% hoehere Waermeuebergangszahlen auftreten koennen, als sie bei Verwendung der Boussinesq-Approximation ermittelt wuerden. Haeufig wird versucht, das Ergebnis der Boussinesq-Approximation durch Verwendung einer temperaturabhaengigen Waermeleitfaehigkeit zu verbessern. In dieser Arbeit wird gezeigt, dass dieses zu niedrigeren Waermeuebergangszahlen und somit nicht zu einer Verbesserung des Ergebnisses fuehrt. (orig.).}
place = {Germany}
year = {1992}
month = {Feb}
}
title = {Calculation of heat transfer through a horizontal porous annulus by conduction, radiation and convection using variable properties; Berechnung des Waermetransportes durch einen waagerechten poroesen Ringspalt infolge Leitung, Strahlung und Konvektion bei variablen Stoffwerten}
author = {Tebroke, T, and Achenbach, E}
abstractNote = {The distribution of velocity and temperature in porous media is usually calculated by applying the Darcy law and the Boussinesq approximation. This implies that all properties are set constant except the density in the buoyancy terms. This is approximately true, if temperature differences are small in the area of interest. Nevertheless, in a hot gas duct with internal insulation important temperature differences occur between the inner and the outer wall. The present work therefore investigates the influence of temperature-dependent properties on the calculated results. In particular, the contribution of radiation to the thermal conductivity was studied for a high-temperature fibrous insulation. Measurements of the thermal conductivity in a vacuum show that the specific extinction coefficient is a practicable property to describe radiation in fibrous media. Solving the equations of continuity, momentum and energy with variable properties yields heat transfer coefficients which are up to 20% higher than those calculated by using the Boussinesq approximation. An attempt is sometimes made to improve the results from Boussinesq`s approximation by using the temperature-dependent thermal conductivity. It is shown in this paper that this leads to even lower heat transfer coefficients and therefore does not represent an improvement in accuracy. (orig.). [Deutsch] Die Stroemungs- und Temperaturverhaeltnisse in poroesen Medien werden ueblicherweise mit Hilfe des Darcy-Gesetzes und der Boussinesq-Approximation berechnet. Dabei werden mit Ausnahme der Dichte im Auftriebsterm alle Stoffwerte als konstant angesetzt, was bei geringen Temperaturdifferenzen im betrachteten Gebiet nahezu gegeben ist. Bei einer innenisolierten Heissgasleitung unterscheiden sich jedoch die Temperaturen and der Innen- und Aussenwand erheblich voneinander. In der vorliegenden Arbeit wird daher ueberprueft, wie sich die Beruecksichtigung der Temperaturabhaengigkeit der Stoffwerte auf das Ergebnis auswirkt. Insbesondere wurde der Strahlungsanteil an der Waermeleitfaehigkeit einer Hochtemperatur-Faserisolierung untersucht. Durch eigene Messungen der Waermeleitfaaehigkeit im Vakuum konnte die spezifische Extinktion als ein die Strahlung durch Fasermaterialien beschreibender Stoffwert ermittelt werden. Die Loesung der Erhaltungsgleichungen fuer Masse, Impuls und Energie uner Beruecksichtigung von variablen Stoffwerten liefert das Ergebnis, dass bis zu 20% hoehere Waermeuebergangszahlen auftreten koennen, als sie bei Verwendung der Boussinesq-Approximation ermittelt wuerden. Haeufig wird versucht, das Ergebnis der Boussinesq-Approximation durch Verwendung einer temperaturabhaengigen Waermeleitfaehigkeit zu verbessern. In dieser Arbeit wird gezeigt, dass dieses zu niedrigeren Waermeuebergangszahlen und somit nicht zu einer Verbesserung des Ergebnisses fuehrt. (orig.).}
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