Local and average natural convection Nusselt numbers for a uniformly heated, shrouded or unshrouded horizontal plate

Experiments were performed to determine the local and average natural convection heat transfer characteristics for a uniformly heated, upward-facing horizontal plate shrouded by a parallel adiabatic surface situated above the plate. Three parameters were varied during the experiments, including the dimensionless height of the interplate gap (the no-shroud case serving as the upper limit), the dimensionless heating rate (the Rayleigh number), and the configuration of the surroundings (absence or presence of an obstruction and of supplemental insulation). Air was the heat transfer medium. The local Nusselt number was highest at the edge of the heated plate and decreased along the plate surface; at the center of the plate, the Nusselt number was about one-third of that at the edge. The local Nusselt number distributions, when normalized by the corresponding average Nusselt number, were found to be universal (i.e. independent of the parameters) for gap heights above a threshold value. Both the local and average Nusselt numbers were depressed at small gap heights but rebounded rapidly with increasing gap height. A critical gap height was found such that for values exceeding it, the average Nusselt number was independent of the presence or absence of the shroud. On décrit des expériences faites pour déterminer les caractéristiques du transfert thermique par convection naturelle pour une plaque horizontale tournée vers le haut, uniformément chauffée, couverte par une surface parallèle, adiabatique et située au-dessus d'elle. Trois paramètres variables sont la hauteur adimensionnelle de l'espacement (l'absence de couverture étant la limite supérieure), le flux de chauffage adimensionnel (nombre de Rayleigh) et la configuration de l'environnement (absence ou présence d'une obstruction et d'une isolation supplémental). L'air est le milieu de transfert thermique. Le nombre de Nusselt est le plus élevé au bord de la plaque chauffée et il décroit vers le centre, où il n'est la que le tiers de celui du bord. Les distributions du nombre de Nusselt local, normalisé par le nombre de Nusselt moyen, est universel (c'est-à-dire indépendant des paramètres) pour des espacements supérieurs à une valeur plancher. Les nombres de Nusselt locaux et moyens sont ensemble diminués par des faibles espacements mais ils croissent rapidement quand ils augmentent. Une hauteur critique est trouvée telle que pour les valeurs supérieures le nombre de Nusselt moyen est indépendant de la présence ou de l'absence de la couverture. Zur Bestimmung der örtlichen und mittleren Wärmeübertragungseigenschaften an der Oberseite einer gleichmäβig beheizten horizontalen Platte, oberhalb der sich eine dazu parallele adiabate Fläche befindet, wurden Versuche durchgeführt. Drei Parameter wurden bei den Versuchen variiert, die dimensionslose Höhe des Spaltes zwischen den Platten (der nicht überdeckte Zustand wird als obere Grenze angesehen), die dimensionslose Heizrate (Rayleigh-Zahl), die Konfiguration der Umgebung (ein zusätzliches Hindernis oder eine zusätzliche Wärmedämmung). Das wärmeübertragende Medium war Luft. Die örtliche Nusselt-Zahl war an der Kante der beheizten Platte am höchsten und nahm entlang der Plattenoberfläche bis auf ein Drittel des Maximalwerts in der Plattenmitte ab. Die örtlichen Nusselt-Zahlen wurden mit den korrespondierenden mittleren Nusselt-Zahlen normiert; dabei ergab sich, daβ die örtliche Verteilung der normierten Nusselt-Zahlen ab einer bestimmten Mindestspalthöhe von den Parametern unabhängig ist. ПpoBEдEны экcпEpимEнты пo oпpEдEлEнию чApAктEpиcтик лoкAльнoгo и ocpEднEннoгo EcтEcтBEннoкoнBEктиBнoгo тEплoпEpEнocA для oднopoднo нAгpEBAEмoй гopиэoнтAльнoй плAcтины, oбpAшEннoй нAгpEBAEмoй cтopoнoй BBEpч, экpAниpoBAннoй пApAллEльнoй Eй AднAбAтичEcкoй пoBEpчнocтью и pAcпoлoжEннoй нAд нEй. B экcпEpимEнтAч иэмEнялиcQj тpи пApAмEтpA. бEэpAэмEpнAя BыcoтA зAзopA мEждy плAcтиAми (нEэкpAниpoBAнный cлyчAй cooтBEтcтByEт BEpчнEй oцEнкE), BEэpAэмEpнAя интEнcинocть нAгpEBA (чиcлo PзлEя) и гEoмEтpия oкpyжEния (нAличиE или oтcyтcтBиE пpEгpAд и дoпoлнитEлQjнoй иэoляции). TEплoпEpEдAюшEй cpEдoй cлyжил Boэдyч. ЛoкAльнoE чиcлo HyccEльтA oяылo нAибoльпши qnA кpAю нAгpEBAEмoй плAcтины и yмEньпAлocь Bдoль EE пoBEpчнocти; B цEнтpE oнo cocтABлялo пpимEp^o oднy тpEть oт Eгo BEличины нA кpAю. HAйдEнo, чтo pAcпpEдEлEния лoкAльнoгo чиcлA HyccEльтA, нopмиpoBAннoгo пo cooтBEтcтByюшEмy ocpEднEннoмy чиcлy HyccEльтA, яBляютcя yниBEpcAльнымн (т.E. нEэABиcимыми oт пApAмEтpoB) для Bыcoт зAзopA, бoлoльшич пopoгoBoгo энAчEния. KAк лoкAльнoE, тAк и ocpEднEнныE чиcлA HyccEлQjтA yмEньшAлиcь BмEcтE c Bыcoтoй эAэopA, нo pEэкo BoэpAcтAли c Eгo yBEличEниEм. ЪьлA нAйдEнA кpитичEcкAя BыcoтA эAэopA, тAкAя, чтo для энAчEний, пpEBыпщAющич EE, ocpEднEннoE чиcлo HyccEльтA нE эABиcEлo oт экpAнA.