A method of correlating forced convection heat-transfer data and a comparison with fluid friction

A general method for the correlation of forced convection heat-transfer data is proposed, which consists in plotting, against the Reynolds number, a dimensionless group representing the experimentally measured data from which film heat-transfer coefficients would be calculated, namely, [(t1 − t2)Δtm](SA), or its equivalent, hcG, multiplied by the two-thirds power of the group, (cμk). Data are cited from the literature which show that the resulting plots of heat-transfer data for flow parallel to plane surfaces and for fully turbulent flow inside tubes, coincide (when the properties are taken at the “film” temperature) with the best data on fluid friction plotted in the customary manner, as the friction factor 12δ = ΔPgρu2SA = Rρu2, against the Reynolds number. For flow at right angles to tubes, however, the friction and heat-transfer factors differ, the friction factors being higher. The equations successfully employed for representing heat-transfer data in streamline flow inside tubes have been modified for plotting with the same coordinates as used for turbulent flow ; and a quantitative allowance is suggested for the effect of free convection at low velocities by including a function of the group, . There is seen to be no relation between heat transfer and friction in the viscous region. The method of correlation here proposed is shown to be particularly valuable in the transition region between streamline and turbulent flow in tubes, since heat-transfer factors may show “dips” analogous to those for friction. The controlling variables in this region are fully discussed in the light of the available data. Une méthode générale pour la corrélation des données de transport de chaleur par convection forcée est proposée, qui consiste à porter, en fonction du nombre de Reynolds, un groupe sans dimensions représentant les données mesurées expérimentalement à partir desquelles les coefficients de transport de chaleur de film seraient calculés, c'est-à-dire, [(t1 − t2)Δtm](SA), ou son équivalent, hcG, multiplié par le groupe (cμk) élevé à la puissance deux tiers. Des données sont citées à partir de la littérature qui montrent que les diagrammes résultants des données de transport de chaleur pour l'écoulement parallèle à des surfaces planes et pour l'écoulement entièrement turbulent dans des tubes, coïncident (lorsque les propriétés sont prises à la température de “film”) avec les meilleurs renseignements sur la perte de charge portée de la façon ordinaire, sous forme du coefficient de perte de charge linéique 12δ = ΔPgρu2SA = Rρu2, en fonction du nombre de Reynolds. Cependant, pour l'écoulement perpendiculaire aux tubes, les coefficients de perte de charge et de transport de chaleur diffèrent, les coefficients de perte de charge étant plus élevés. Les équations utilisées avec succès pour représenter les données de transport de chaleur dans un écoulement laminaire dans les tubes ont été modifiées pour des tracés avec les mêmes coordonnées que celles pour l'écoulement turbulent; et une modification quantitative est suggérée pour l'effet de la convection libre à faible vitesse en ajoutant une fonction du groupe (d3ρ2βΔtgμ2). On voit qu'il n'y a pas de relation entre le transport de chaleur et le frottement dans la région visqueuse. On montre que la méthode de corrélation proposée ici est particulièrement valable dans la région de transition entre l'écoulement laminaire et l'écoulement turbulent dans les tubes, puisque les facteurs de transport de chaleur peuvent présenter des “creux” analogues à ceux pour le frottement. Les variables de contrôle dans cette région sont discutées complètement à la lumière données connues.