Natural convection from horizontal cylinders in interacting flow fields

B. Farouk; S.I. Güçeri

doi:10.1016/S0017-9310(83)80028-3

Natural convection heat transfer from single and double rows of closely spaced isothermal heated cylinders was investigated numerically for both laminar and turbulent cases. A sufficiently large number of cylinders are considered in each row such that a symmetry unit can be considered for the analysis. The numerical scheme involves the use of a cylindrical network of nodes in the vicinity of the cylinder with a Cartesian mesh covering the remainder of the flow domain. The k−ε turbulence model has been applied to obtain the results for the turbulent flow predictions. Effects of varying the cylinder spacings in the horizontal direction are also considered. The results are of direct use in electrical packaging, solar heating and storing technology, nuclear reactor safety and waste disposal, among others. Le transfert thermique par convection naturelle autour de rangées simples ou doubles de cylindres isothermes et étroitement espacés est étudié numériquement à la fois pour les cas laminaire et turbulent. On considère un nombre suffisammant grand de cylindres dans chaque rangée, de telle sorte qu'une maille symétrique peut être considérée dans cette analyse. Le schéma numérique utilise un réseau cylindrique de noeuds au voisinage du cylindre avec une maille cartésienne couvrant le domaine de l'écoulement. Le modèle k−ε de turbulence est appliqué pour obtenir les résultats sur l'écoulement turbulent. On considère l'effet de l'espacement varié entre cylindres dans la direction horizontale. Les résultats sont utilisables directement dans le chauffage électrique ou solaire, dans la technologie du stockage, dans la sûreté des réacteurs nucléaires parmi d'autres cas. Der Wärmeübergang durch natürliche Konvektion von Einzel-und Doppelreihen eng angeordneter isotherm beheizter Zylinder wird numerisch untersucht und zwar für den laminaren und den turbulenten Fall. Dabei wird für jede Reihe eine ausreichend große Anzahl von Zylindern angenommen, wodurch bei der Untersuchung eine symmetrische Einheit betrachtet werden kann. Für das numerische Rechenverfahren wird ein zylindrisches Knoten-Netzwerk in der Nähe des Zylinders und ein kartesisches Netz im restlichen Strömungsgebiet benutzt. Für die Berechnung bei turbulenter Strömung wird das k−ε-Tubulenzmodell verwendet. Auch der Einfluß des Zylinderabstandes in horizontaler Richtung wird betrachtet. Die Ergebnisse sind unter anderem bei elektrischen Anordnungen, bei der Solarheizungs- und Speicher-Technologie, bei der Reaktor-Sicherheit und der Beseitigung radioaktiver Abfälle von direktem Nutzen. Проведено численное исследование процесса теплопереноса при естественной конвекции от одного и двух рядов плотно расположенных изотермическнх нагреваемых цилиндров при ламинарном и турбулентном обтекании. В каждом ряду рассматривается достаточно большое число цилиндров для того, чтобы можно было виделить симметричную ячейку лля анализа. Численная схема состоит нз цилиндрической сетки узловых точек вблизи цилиндра и декартовой сетки в остальной областмтечения. Для расчета турбулентного течення нспользовалась турбулентная модель k-э. Рассмотрено также влияние нзменения расстояния между цнлиндрами в горизонтальном направяении. Результаты работы могут иметь непосредственное применение в электротехнике, техологии полуечения и накопления солнечной энергии, для обеспечения бэзопасности ядерных реакторов и удаления отходов, а также в других областях.

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