Heat transfer and solidification of a laminar liquid flow in a cooled parallel plate channel: the stationary case

Abstract

A simple numerical model is presented to predict the steady-state ice layers on the cooled walls inside a parallel plate channel for arbitrary entrance velocity profiles. The effect of two different entrance velocity distributions (a parabolic velocity distribution and a slug flow) on the shape of the ice-layers are examined. The quality of an approximative solution given in literature was checked by comparing with the numerical results. For the case of a fully developed parabolic velocity distribution at the entrance of the cooled channel the results are compared with experimental findings of Kikuchi. A generally good agreement was found. Es wurde ein einfaches numerisches Modell entwickelt, das es ermöglicht, die stationären Erstarrungsfronten an den Kanalwänden für beliebige Verteilungen des Eintrittsgeschwindigkeitsprofils zu berechnen. Als Beispiele wurden ein voll ausgebildetes Parabelprofil und ein Pfropfenprofil am Eintritt in die Kühlstrecke untersucht. Mit Hilfe der numerischen Lösung konnte die Güte einer aus der Literatur bekannten Näherungslösung zur Berechnung der Erstarrungsfronten überprüft werden. Für den Fall des Parabelprofils am Kanaleintritt wurde die Rechnung mit Meßwerten von Kikuchi verglichen. Es zeigte sich eine gute Übereinstimmung zwischen Theorie und Experiment.