EXPERIMENTAL ANALYSIS OF LIQUID FORCED CONVECTION IN ROUGH MICROTUBES

In this paper will be described an experimental campaign aimed to determine the experimental values of the Nusselt number for rough microtubes having a relative roughness up to 4% in laminar and transitional regime. Three microtubes having an inner diameter equal to 440, 280 and 146 m uniformly heated by Joule effect with a constant power DC supply have been tested. The experimental results have evidenced that in laminar regime the average Nusselt number approaches the fully developed constant for uniformly heated tubes when the Reynolds number decreases since the axial conduction along the fluid and the conjugate heat transfer to the walls can be neglected at low Reynolds numbers for the operative conditions adopted during the tests. For higher Reynolds numbers the region of thermal development increases its importance, augmenting the average convective heat transfer coefficient. It has been demonstrated that large values of the microtube roughness influence more strongly the friction factor than the Nusselt number. The experimental results obtained in this work demonstrate that in microtubes having a relative roughness less than 5% the effect of the roughness on the Nusselt number can be considered negligible

FATTORI DI ATTRITO PER FLUSSI GASSOSI COMPRIMIBILI IN TUBI LISCI E RUGOSI PER REGIMI DI MOTO LAMINARE, DI TRANSIZIONE E TURBOLENTO

In questo lavoro si analizza il flusso comprimibile di azoto gassoso all\u2019interno di microcanali di diametro da 30 m a 500 m e con differenti valori della rugosit\ue0 superficiale (<1%), prendendo in esame tutti i regimi di moto. La prima parte del lavoro \ue8 dedicata al confronto incrociato dei dati sul fattore d\u2019attrito ottenuti con quelli che il Laboratorio di Termofluidodinamica dell\u2019ENEA ha rilevato con il proprio apparato sperimentale, su tubi da 50 e 100 m in silice fusa. Si riscontra un\u2019eccellente sovrapponibilit\ue0 dei risultati, indicando come l\u2019accordo dei rilievi sperimentali con la teoria classica \ue8 indipendente dal sistema di misura e dall\u2019installazione. Nella seconda parte del lavoro si dimostra che le correlazioni classiche possono prevedere il fattore di attrito nel regime laminare, senza che si possa riscontrare un\u2019evidente influenza della rugosit\ue0 superficiale. Si \ue8 riscontrato che il regime di transizione inizia non prima di valori del numero di Reynolds attorno a 2000 per tubi lisci e a valori pi\uf9 alti (tra 3200 e 4500) per tubi rugosi, ma \u2013contrariamente ai risultati di altri ricercatori \u2013 non \ue8 stata riscontrata una dipendenza del numero di Reynolds critico dal rapporto L/D del tubo. Sono stati riscontrati cambiamenti sia bruschi che graduali nel regime di moto, alla stregua di quanto succede nei tubi di maggiori dimensioni; la transizione continua sembra essere caratteristica dei tubi lisci, mentre i tubi rugosi sono caratterizzati da pi\uf9 bruschi cambiamenti del regime di flusso. Il regime di completa turbolenza \ue8 stato ottenuto sia per tubi rugosi che lisci, e i risultati per questi ultimi sembrano confermare la correlazione di Blasius, mentre per i primi si ha un accordo modesto con la relazione di Colebrook

FRICTION FACTOR IN GAS FLOW UNDER LAMINAR, TRANSITION AND TURBULENT FLOW REGIME

The present work deals with the compressible flow of nitrogen gas inside microtubes ranging from 30 \u3bcm to 500 \u3bcm and with different values of the surface roughness (<1%), for different flow regimes. The first part of the work is devoted to a benchmark of friction factor data obtained at DIENCA (University of Bologna) and the ENEA laboratories, using fused silica pipes of 50 and 100 \u3bcm. Data overlapping is excellent thus evidencing how the agreement of the experimental data with the classic theory is independent of the measurement system. The second part of the work demonstrates that classic correlations can predict friction factor in laminar flow without revealing any evident influence of the surface roughness. The laminar-toturbulent transition starts for Reynolds number not lower than 2000 for smooth pipes, while tending to larger values (3200- 4500) for rough pipes. Anyway, contrarily to other available results, no dependence of the critical Reynolds number on the L/D has been observed. Changes in the flow regime have been found of the sharp and smooth type, like for larger pipes; smooth transition looks typical of smooth pipes while the sharp transition in the flow pattern is associated with rough pipes. In the fully developed turbulent regime, obtained for both smooth and rough pipes, an agreement between experimental data and the Blasius correlation has been verified for smooth pipes, while for rough pipes the agreement with predictions given by the Colebrook equation is rather modest