Unsteady Free Convection Flow in Horizontal Channels with Arbitrary Wall Temperatures

임의의 벽면온도에 따른 수평채널에서의 비정상 자연대류운동

Energy transfer by free convection arises in many engineering applications, such as a hot steam radiator for heating a room, refrigeration coils, electric transformers, heating elements and electronic equipments. Generally unsteady natural convection flow in a horizontal channel with arbitrary wall temperatures and the mathematical and physical basis of convection transport has been considered in general. A physically meaningful exact solution of the problem has been obtained in a closed form by the application of the standard finite sine transform technique. Influences of the governing parameters, the Prandtl number and the Rayleigh number, to bring the flow and heat transfer to final steady states have been discussed separately. For constant values of the arbitray wall temperatures and of the function, determining the average axial velocity, the final steady state is approached in different times respectively for the cases when the Prandtl number Pr>1 and Pr<1. It is also seen that the function, representing the axial temperature gradient, is influenced by none of the governing parameters : but the steady state flow is influenced only by the Rayleigh number. There are, of course, many applications. Free convection strongly influences heat transfer from pipes and transmission lines, as well as from various electronic devices. It is also relevant to the environmental sciences, where it is responsible for oceanic and atmospheric motions, as well as related heat transfer processes.

실내를 따뜻하게 하기위한 고온의 라디에이터, 냉동코일, 변압기, 전기가열장치 및 전자장비에서와 같이 자연대류에 의한 에너지전달은 여러 공업분야에 응용되고 있다. 일반적으로 임의의 벽면온도에 따른 수평채널에서의 비정상자연대류흐름과 수학적.물리적 대류이동에 관한 기본법칙을 고찰하였다. 전달문제에 관한 물리적 의미있는 엄밀해는 표준유한정현변환기법을 적용함으로써 폐쇄형에 있어서 얻어진다. 또한 최종 정상상태의 유동과 열전달을 초래하는 Pr수와 Ra수 등 기본매개변수의 영향에 대해서 각각 검토하였다. 축방향의 평균속도를 측정하는 Pr수가 Pr>1 과 Pr<1 일 경우 각각 시간차에 접근하고 또한 축방향의 온도구배를 대표하는 함수는 기본매개변수가 없으므로 영향을 받는 것이라 본다. 그러나 정상상태의 유동현상은 Ra수에 따라서만 영향을 받게된다. 자연대류는 여러 가지 전기기구들은 물론이고 파이프장치 등의 열전달에 큰 영향을 미친다. 또한 열전달과정이 포함되는 바다와 대기의 운동과 같은 지구의 환경과학에도 중요하다.