The effect of inclination on local heat transfer under an axisymmetric, free liquid jet

The effect of jet inclination on the local heat transfer under an obliquely impinging, round, free liquid jet striking a constant heat flux surface is investigated experimentally. The problem parameters investigated are jet Reynolds number in the range 6600–52000, and jet inclination, ranging from 40 to 90 deg, measured from the horizontal. Experiments are carried out for nozzle sizes, d = 4.6 and 9.3 mm. It is found that the point of maximum heat transfer along the x-axis (the line of intersection of the jet inclination plane with the impingement surface) is shifted upstream (with respect to the jet flow) as a function of jet inclination with a maximum observed shift of 0.5 nozzle diameters. In addition, it is found that the shape of local Nusselt number profiles along the x-axis changed as the jet is inclined. One of these changes is a sharpening of the peak in the profile at the point of maximum heat transfer. Another change is an increasing asymmetry around the point of maximum heat transfer with the upstream side of the profile dropping off more rapidly than the downstream side. Some measurements are taken to characterize the full two-dimensional heat transfer distribution under the inclined jet. Correlations are developed for the radial variation of local heat transfer in the plane of nozzle inclination. On étudie expérimentalement l'effet de l'inclinaison sur le transfert thermique local pour un jet liquide rond qui attaque obliquement une surface chauffée à flux constant. Les paramètres du problème sont le nombre de Reynolds entre 6600 et 52 000, l'inclinaison du jet entre 40 et 90 degrés à partir de l'horizontale. Les expériences sont conduites pour deux diamètres de tuyère d = 4,6 et 9,3 mm. On trouve que le point de transfert maximal le long des x (ligne d'intersection du plan d'inclinaison du jet avec la surface) est déplacé en amont et varie en fonction de l'inclinaison du jet, avec un maximum de 0,5 fois le diamètre de l'orifice. On trouve aussi que la forme des profils de nombre de Nusselt le long des x change quand le jet est incliné. Un de ces changements est la raideur du pic au point du transfert thermique maximal. Un autre changement est l'accroissement de la disymétrie autour du point de transfert maximal avec la branche en amont du profil descendant plus rapidement que la brancho on aval. Quelques mesures sont faites pour caractériser la distribution bidimensionnelle du transfert thermique pour le jet incliné. Des formules sont développées pour la variation radiale du transfert thermique local dans le plan d'inclinaison du jet. In der vorliegenden experimentellen Arbeit wird die Abhängigkeit des örtlichen Wärmeübergangs von dem Winkel untersucht, unter dem ein kreisrunder freier Flüssigkeitsstrahl auf eine Oberfläche mit konstanter Wärmestromdichte aultrifft. Der Einfluβ folgender Parameter wird untersucht: Reynolds-Zahl des Strahls (6600 bis 52000), Neigungswinkel des Strahls (40 bis 90 Grad gegenüber der Waagerechten). Düsendurchmesser (d = 4,6 und 9,3 mm). Es zeigt sich, daβ die x-Achse (dies ist die Schnittlinie der Neigungsebene des Strahls und der festen Oberfläche) einen Punkt mit maximalem Wärmeübergang aufweist, welcher abhängig vom Neigungswinkel um maximal einen halben Düsendurchmesser stromaufwärts verschoben ist. Auβerdem ist zu beobachten, daβ sich die Form des Profils der örtlichen Nusselt-Zahl entlang der x-Achse mit dem Neigungswinkel verändert. Eine dieser Veränderungen ist eine Verschärfung der Spitze im Profil am Ort des maximalen Wärmeübergangs. Eine weitere Veränderung äuβert sich in einer zunehmenden Asymmetrie in der Umgebung des Punktes maximalen Wärmeübergangs, wobei sich stromaufwärts ein steilerer Abfall zeigt als stromabwärts. Die vollständige zweidimensionale Verteilung des Wärmeübergangs unter dem geneigten Strahl wird mit Hilfe einiger Messungen gezeigt. Es werden Korrelationen zur Beschreibung der radialen Verteilung des örtlichen Wärmeübergangs in der Neigungsebene der Düse entwickelt. Экcпepимeитaльиo иccлeдyeтcя Bлияииe yглa HaтeкaHия cтpyи Ha лoкaльиый тeплoпe-peHoc B cлyxae кpyглoй cBoбoдHoй cтpyи жидкocти, yдapяющeйcя o пoBepчHocть c пocтoяHHым тeплoBым пoтoкoм. Иccлeдyeтcя BлияHиe xиcлa peйHoльдca B иитepBaлe 6600–52000 и yглa иaтeкa-иия, измeHяющeгocя oт 40 дo 90°. ЭкcпepимeHты пpoBoдятcя для дByч диaмeтpoB coплa: d = 4,6 и 9,3 мм. HaйдeHo, xтo тoxкa мaкcимaльHoгo тeплoпepeHoca пo ocи ч (лииия пepecexeHия плocкocти yглa HaтeкaHия cтpyи c пoBepчHocтью) cмeщaeтcя BBepч пo пoтoкy (oтиocитeльиo cтpyйиoгo тexeHия) B зaBиcимocти oт иaклoиa cтpyи мaкcимyм иa 0,5 диaмeтpoB coплa. Кpoмe тoгo, oбHapy-жeHo, xтo фopмa пpoфилeй xиcлa Hycceльтa пo ocи ч измeHяeтcя c иaклoмoH cтpyи. oдиo из этич измeHeиий зaклюxaeтcя B зaocтpeHии пикa пpoфиля y тoxки мaкcимaльиoгo тeплoпepeHoca, дpyтoe--B yBeлиxeHии acиммeтpии oтHocитeльHo тoxки мaкcимaльиoгo тeплoпepeHoca, кoгдa cтopoHa пpoфиля BBepч пo пoтoкy cиижaeтcя быcтpeй cтopoHы BHиз пo пoтoкy. Heкoтopыe измepe-Hия иcпoльзyг.oтcя для чapaктepиcтики пoлиoгo дByмepиoгo pacпpeдeлeиия тeплoпepeиoca oт HaклoHиoй cтpyи. BыBoдятcя oбoбщeHHыe cooтиoшeHия для paдиaльHoгo измeHeиия лoкaльHoгo тeплoпepeпoca B плocкocти HaклoHa coплa.