Details

Autor(en) / Beteiligte

• Berger, F.P.
• Hau, K.-F.F.-L.

Titel

Mass transfer in turbulent pipe flow measured by the electrochemical method

Ist Teil von

• International journal of heat and mass transfer, 1977-01, Vol.20 (11), p.1185-1194

Ort / Verlag

Elsevier Ltd

Erscheinungsjahr

1977

Quelle

ScienceDirect

Beschreibungen/Notizen

• Various factors affecting mass transfer measurements in electrochemical systems are discussed. Ways are indicated for increasing the values of “critical” flow rates and Reynolds numbers up to which meaningful results can be obtained. Mass-transfer coefficients were measured in fully developed flow in smooth pipes over the range 8 × 10 3 < Re < 2 × 10 5 at Schmidt numbers varying between 1000–6000. When the concentration boundary layer was fully developed the results could be represented by the expression St d = 0.0165 Re −0.14 Sc −0.67. Using the current results together with published data an empirical relation has been developed in the form Nu = 2 + cRe aPr 1 3 where c = 0.0165 + 0.011 Pre − pr a = 0.86 − 10 (4.7 + Pr) 3 which can be recommended for predicting heat- and mass-transfer rates over the range 0.6 < Pr or Sc < 10 4 and 10 4 < Re < 10 6. The mean Stanton numbers measured in the entrance section (developing concentration boundary layer) agree well with the integrated turbulent Leveque equation St d = 0.276 Re −0.417 Sc − 2 3 ( L d ) − 1 3 . On considère les nombreux facteurs qui influent sur les mesures de transfert massique dans les systémes électrochimiques. On indique des moyens pour accroitre les valeurs des débits “critiques” et des nombres de Reynolds auxquels on obtient des résultats intéressants. Les coefficients de transfert massique sont mesurés en écoulement turbulent établi dans des tubes lisses pour un domaine 8 × 10 3 < Re < 2 × 10 5 et des nombres de Schmidt variant entre 1000 et 6000. Quand la couche limite de concentration est complètement développée, les résultats peuvent être représentés par l'expression St d = 0,0165 Re − 0,14 Sc − 0,67. Utilisant les résultats avec ceux publiés, une relation empirique est donnée sous la forme Nu = 5 + cRe aPr 1 3 c = 0,0165 + 0,0011 Pe e − Pr a = 0,86 − 10 (4,5 + Pr) 3' qui peut être recommandée pour estimer les flux de transfert massique et thermique dans le domaine 0,5 < Pr ou Sc < 10 4 et 10 4 < Re < 10 6. Les nombre de Stanton moyens mesurés à l'entrée (couche limite de concentration en développement) s'accordent bien avec l'équation de Lévêque pour le régime turbulent St d = 0,276 Re − 0,417 Sc − 2 3 ( L d ) − 1 3 . Es werden verschiedene Faktoren, welche Stoffübergangsmessungen in elektrochemischen Systemen beeinflussen, diskutiert und Wege aufgezeigt, bis zu welchen Werten, bei denen noch aussagekräftige Ergebnisse erzielt werden, die “kritischen” Durchfluβraten und die Reynoldszahlen erhöht werden können. Bei voll ausgebildeter Strömung für die Bereiche 8 · 10 3 < Re < 2 · 10 5 und 1000 < Sc < 6000 gemessen. Für den Fall der vollständig ausgebildeten Konzentrationsgrenzschicht, können die Ergebnisse mit Hilfe der Gleichung St d = 0,0165 Re −0.14 Sc −0.67. wiedergegeben werden. Aus den eigenen Meβwerten und anderen veröffentlichten Daten konnte die empirische Beziehung Nu = 5 + cRe aPr 1 3 hergeleitet werden, wobei c = 0,0165 + 0,011 Pre- − pr a = 0,86 − 10 (4,5 + pr) 3 Diese Beziehung kann zur Berechnung des Wärme-und Stoffüberyangs im Bereich 0,5 < Pr ( Sc) < 10 4 und 10 4 < Re < 10 6 empfohlen werden. Die im Einlaufbereich gemessenen mittleren Stantonzahlen (bei sich ausbildender Konzentrationsgrenzschicht) stimmen gut mit der integrierten Leveque-Beziehung St d = 0,276 Re −0,417 Sc − 2 3 ( L d ) − 1 3 für turbulente Grenzschicht überein. Oбcuждaeтcя влияниe paзличныч фaктopoв нa измepeния пepeнoca мaccы в элeктpoчимичecкич cиcтeмaч. Пoкaзaны пuти пoвышeния ⪡кpитичecкич⪢ знaчeний pacчoдoв и чиceл Peйнoльдca. Koэффициeнты мaccoпepeнoca измepялиcь в пoлнocтью paзвитoм тeчeнии в глaдкич тpuбaч в диaпaзoнe 8 × 10 3< Re< 2 < ч 10 5 пpи чиcлaч Шмидтa 1000–6000. Для пoлнocтью paзвитoгo кoнцeнтpaциoннoгo пoгpaничнoгo cлoя пoлuчeнo St d = 0,0165 Re −0,14 Sc −0,67. Ha ocнoвe peзuльтaтoв нacтoящeгo иccлeдoвaния и oпuбликoвaнныч дaнныч пpeдлoжeнo эмпиpичecкoe cooтнoшeниe Nu=5 + cRe 4Pr 1 3 , гдe c = 0,0165 + 0,011 pre-pr, 10 a=0,86-(4,5+Pr)/su3 Этo cooтнoшeниe мoжнo peкoмeндoвaть для pacчeтa cкopocтeй пepeнoca тeплa и мaccы в диaпaзoнaч 0.5 < Pr или Sc < 10 4 и 10 4< Re < 10 6. Cpeдниe чиcлa Cтaнтoнa, измepeнныe нa вчoднoм uчacткe (нepaзвитый кoнцeнтpaциoнный пoгpaничный cлoй), чopoшo coглacuютcя c интeгpaльным upaвнeниeм Лeвeкa для тupбuлeнтнoгo peжимa тeчeния ( L) −1 3 St d = 0,276Re −0,417Sc- −2 3 ( L/d).