表面安装圆柱体截面对自由对流连接流动的数值研究

工程科学与技术，国际期刊27（2022）101004完整文章表面安装圆柱体截面形状对自由对流连接流动Hamid Malaha，Yuri Sergeevich Chumakova，Esmail Sadeghianba圣彼得堡彼得大帝理工大学应用数学和力学研究所，地址：圣彼得堡市Politekhnicheskaya Ulitsa 29号。圣彼得堡195251，俄罗斯联邦b伊朗德黑兰哈菲兹大道350号埃米尔卡比尔理工大学海洋工程系，邮编：159163431阿提奇莱因福奥文章历史记录：2020年7月31日收到2021年2月7日修订2021年5月7日接受2021年5月25日网上发售关键词：层流连接流马蹄涡自由对流短圆柱A B S T R A C T本研究数值描述了沿等温垂直板，其上安装了钝体的边界层的性质。研究参数是钝体的横截面形状，包括方形、圆形和棱柱形圆柱体。对于完全嵌入来流边界层的圆柱，模拟包括长宽比固定为1的短圆柱。考虑层流Grashof数，在平行工作中进行了实验研究，确定了与平板前缘相关的圆柱位置。此外，还对方柱进行了实验研究，验证了数值模拟的可靠性和准确性。结果，通过提供稳态模拟，证明了复杂涡结构的存在。此外，还对圆柱截面形状对涡系动力学特性的影响进行了分类，包括涡量强度、涡量大小和涡量位置。最后，显着的影响，形成的交界流的三维热特性的产生自由对流边界层沿加热垂直板的传热系数的描述强调。特别指出了圆柱体前钝度在热管理领域中的重要性，圆柱体、棱柱体和方柱体的传热系数最大值分别出现在0 °、45 °和90 °角坐标处，这与圆柱体边缘的位置相对应。©2021 Karabuk University. Elsevier B.V.的出版服务。这是CCBY-NC-ND许可证（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。1. 介绍近二十年来，在流体动力学研究领域中，有更多的工作是研究表面安装钝体对由浮力沿平板发展的热边界层的影响通常，浮力总是由于密度差异而产生，特别是在温度非均匀性的结果这类流动属于自然对流换热，在实际应用中为节约能源和提供安全保障，一直是研究者关注的焦点这种流动的主要应用之一包括热交换单元。没有内部风扇的手机和许多类型的笔记本电脑是冷却系统中使用自由对流的例子在许多这些应用中，混合对流存在于强制对流和自由对流中，有助于传热[1]，但目前的研究将仅集中于纯浮力*通讯作者。电子邮件地址：malah. edu.spbstu.ru（H。Malah）。由Karabuk大学负责进行同行审查流动，这是由于边界层沿等温垂直板和钝体表面之间的温度差。在进入的热边界层和钝体的相遇区域中，钝体前缘的压力增加，其中压力增加的区域沿着钝体的整个高度延伸[2]。这一过程导致驻点处流动的强烈分离。分离的流线向垂直板移动，并在钝体和加热板的交界处附近再循环。随后，在圆柱体的上游区域形成复杂的涡流系统，该系统由多个非定常涡流组成[2]。虽然在上游区域的圆柱体的各种横截面形状中确认了最少一个主马蹄形涡流的形成，但是形成的涡流的数量及其相对于钝体的位置通常取决于钝体的几何特征、流动阻塞和沿基板的流动初始条件[2，3]。与流过无限长障碍物的流动相比，流过小展弦比钝体的流动由于分离边界层与包括竖直平板和钝体在内的固体表面的相互作用而变得更加复杂。但不https://doi.org/10.1016/j.jestch.2021.05.0082215-0986/©2021 Karabuk University.出版社：Elsevier B.V.这是一篇基于CC BY-NC-ND许可证的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。可在ScienceDirect上获得目录列表工程科学与技术国际期刊杂志主页：www.elsevier.com/locate/jestchH. Malah，Yuri Sergeevich Chumakov和E.萨代吉安工程科学与技术，国际期刊27（2022）1010042预期钝体的高度会影响钝体上游区域形成的流动结构[4，5]。此外，钝体的前缘钝度对所形成的交界流形态也有重要影响。锋面钝度对形成流的影响可通过分离线的位置来证明这意味着，在横截面包含锐边的钝体的情况下，分离线的位置与钝体的锐边重合，因此，所形成的接合流的强度和结构不同于圆柱体上的流[6，7]。复杂涡系的发展，特别是形成的马蹄涡结构是一个重要的流动特征，它可能导致局部传热的显著不均匀性[8]。考虑到缺乏类似的工作，这项研究的相关性是有意义的尽管已经发表了几篇关于表面安装钝体上粘性不可压缩强迫流的实验或数值论文[2，3，9此外，最近的接合流研究调查了湍流[3，13据作者例如，在冷却核燃料的过程中，用过的燃料棒通常从反应堆堆芯转移到湿储存器，然后转移到圆柱形干桶储存罐。为了在此过程中提供安全性，主要目的是减少燃料棒在湿和干储存中花费的时间[21]。因此，本研究提供了加速核燃料冷却计划的知识，并概述了干桶储存罐的预期需求此外，对自由对流中障碍物周围形成的层流涡结构的理解是湍流实验和计算研究的基础。与本研究最相似的工作是Polidori等人的工作[20]第20段。然而，在这项工作中[20]，实验本研究[20]分析了壁面处的自由对流传热如何通过短突起的存在而局部改变本文[20]是研究钝体前缘钝度对瞬态自由对流影响的一个很好的参考。Polidori等人声称与圆柱体相比，具有尖锐边缘的圆柱体周围的热传递增强[20]。此外，Polidori et al.[20]指出，达到稳态的时间的增加导致这样的结论，即传热速率不能通过垂直板处的短钝体而增强。这一现象在Chumakov等人的工作中得到了证实在不同长宽比的表面安装圆柱体上进行，以研究圆柱体高度对接缝流形态的影响[4]。Chumakov等人证明，圆柱体高度的降低导致圆柱体连接区域的局部传热增强[4]。Chumakov等人还研究了圆柱体表面的单调加热对自由对流传热系数的影响，并得出结论，通过增加圆柱体表面温度，传热增加[4]。在一项平行研究中，Malah等人研究了圆柱体表面加热对接头流的影响【22】。Malah等人得出结论，通过增加气缸温度，上游和下游区域中近接合区域的自由对流传热率降低[22]。本研究提供了一个全面的数值描述层流自由对流交界流绝热方，圆形和棱柱体，这是安装在一个等温的垂直板。在所考虑的几何形状中，圆柱体被认为是短的，以完全嵌入沿加热的垂直板产生的自由对流边界层中，其受到空气介质。通过对交界面流动的分析，研究了所形成的复杂涡结构对换热量的影响2. 控制方程自由对流属于共轭流类，在计算其流动参数时，需要对运动方程和能量方程进行相互求解，这往往导致问题的复杂性。这些问题涉及描述流体运动的Navier-Stokes方程和控制温度时空演化的热能方程之间的耦合引起自由对流的浮力是由于温度的不均匀性而由流体中的密度变化产生的空间可变的重力根据Boussinesq近似，假设环境空气不可压缩在这种近似下，密度仅是温度的线性函数，而其他性质是常数。根据作者在文献[4，5]中的认识，完全嵌入对流边界层中的短钝体周围的自由对流接合流动因此，在这项工作中，计算基于稳态解进行。在牛顿不可压缩粘性流体流动的情况下，通过考虑Boussinesq近似的假设简化，连续性、动量和能量方程的通常数学形式由以下广义方程组描述：r：V¼0±1mmqV：rVqbgT-T1-rPlr2V2qCPV：rTkr2T3方程组（1流体，P;动态粘度，l;恒压比热导热系数k。3. 计算方面对自由对流传热中的流动进行数值研究的困难是众所周知的，这一事实表明，在自由对流边界层中，由于慢运动流动，将由动量和能量方程组成的耦合控制系统稳定为稳定流型是困难的[4，5]。本节的主要目的是确定计算细节，以及在安装在加热垂直板上的短钝体（以下简称圆柱体）周围的层流对流边界层的情况下。所考虑的圆柱体截面形状有正方形、圆形和棱柱形，圆柱体的直径（D）固定为0.02m，高度（H）等于0.6D。如图1所示，将圆柱体放置在矩形等温垂直板上，H. Malah，Yuri Sergeevich Chumakov和E.萨代吉安工程科学与技术，国际期刊27（2022）1010043Fig. 1. 在数值模拟中考虑的计算域的示意性几何形状：（a）三维域;（b）方柱体的多块网格;（c）圆柱体的多块网格;（d）棱柱体的多块网格沿其发展的层流边界层假定圆柱安装在不受圆柱扰动的向上流动中沿垂直平板（GrY）的Grashof数等于层流Grashof数的期望值的位置计算域的尺寸以这样的方式选择根据这一事实，这里研究的是层流自由对流流动，在这项工作中，计算域的选择高度被充分扩展，以解决在所需的层流Grashof数，这是设置为117D通过考虑在这个领域的以前的研究[4，23]的此外，为了避免干扰对流边界层厚度（d）的发展，根据以前的文献[4，5，23]，垂直板的法线方向选择得足够宽（10D）。最后，计算域的宽度是从自由湍流的类似研究中选择的[4，5]等于25D。坐标系的原点放置在距离等温垂直板的前缘与连接区域处的圆柱横截面中心重合，因此，圆柱位置处的接近流是充分发展的层流。X轴对应于水平方向，Y轴对准垂直方向，Z轴是垂直板的法线方向。为了避免固体边界对自由对流流型和传热特性的影响，计算区域的下表面位于圆柱轴线上游39 D处，上表面位于下游78 D处，如图1所示。凌晨1在这项工作中，进行高分辨率的数值计算，计算域离散使用贴体网格适应域的几何形状贴体网孔-八个节点的六面体细胞如图所示。 1 b-d。 图图1b-d示出了网格布局的多块结构。表1中给出了沿每个坐标轴的圆柱体的不同横截面形状的多块三维网格布局中的单元尺寸范围。在本工作中，通过考虑以前对圆柱周围的连接流的研究[23]，采用O型网格布局来离散连接区域。O型网格布局提高了马蹄涡结构的分辨率质量，因为在圆柱体的连接区域中网格更加精细和集中，这是使用O型块和正方形块提供的，如图1c所示。O型块的直径和方形块的边长分别为2：1D和3D。将二维网格以1： 03的因子聚集到垂直平板上圆柱体的非均匀三维网格单元的最终数量近似等于11： 500万。在二维XY平面中以及沿着Z轴的0型网格块尺寸的范围在表1中呈现（关于每个块的表示编号，参见图Ic在棱柱或正方形圆柱体的情况下，提供一个圆柱体，由于这种钝体的简单几何形状，分块网格布局不太复杂在这些情况下，特别注意圆柱体的近接合区域沿Z轴正方向的细胞大小以1：03的倍数增加。在正方形和棱柱形圆柱体的情况下，计算域的网格系统分别由大约11： 2和12： 4百万个单元组成（见图1b和图1d）。表1给出了正方形和棱柱形圆柱体的二维分块网格布局的单元尺寸范围（相应的编号见图1b和图1c）。 1 d）。H. Malah，Yuri Sergeevich Chumakov和E.萨代吉安工程科学与技术，国际期刊27（2022）1010044××××表1三维网格的块单元大小范围截面形状指数X轴单元格大小Y轴中的像元大小Z轴上的像元大小平方10.02D0.02D0.01小时-0.27小时20.02D0.02D-2.54D0.01小时-0.27小时30.02D0.02D-2.54D0.01小时-0.27小时40.02D0.02D0.01小时-0.27小时圆形10.01D-0.03D0.01D-0.03D0.01小时-0.27小时20.02D-0.09D0.02D-0.09D0.01小时-0.27小时30.02D-0.09D0.022D-3.02D0.01小时-0.27小时40.02D-0.09D0.022D-3.02D0.01小时-0.27小时50.02D-0.16D0.02D-0.84D0.01小时-0.27小时60.01D0.01D0.01小时-0.27小时棱柱10.02D0.02D0.01小时-0.27小时20.02D0.022D-2.52D0.01小时-0.27小时30.02D-0.16D0.022D-3.02D0.01小时-0.27小时40.02D-0.16D0.02D-0.84D0.01小时-0.27小时据作者所知，层流区的自由对流不依赖于解的初始边界条件。特别是在短圆柱体的情况下，最终解与ZY平面对应的计算域的侧边界上的给定边界条件无关[4]。在这项工作中，没有初始速度周围的加热垂直板的前缘和在开始计算。因此，所有方向的速度都假定为零。此外，没有对耦合传热进行模拟，即加热竖板的初始热状态按一阶热状态考虑，恒温等于333.15 K 通过启动数值程序，垂直板处的温度立即从T1增长到TW，并保持在这个值。此外，在计算区域的底部和顶部施加的主要热条件等于环境空气温度（T1）293：15K。束缚-ary条件是制定作为相应的数学表2中的方程（计算域边界的编号见图1a使用Ansys-Fluent 16.2商业软件包进行模拟程序[24]。给出了具有常物性的标准层流粘性不可压缩流体的定常解马蹄形涡的存在，由于浮力占主导地位的局部动量和热量传递的机制因此，为了描述浮力效应，使用Boussinesq近似来简化控制方程，其中动量方程和能量方程之间的耦合趋于直接和双向，重力场中的密度梯度出现在动量方程中。因此，通过考虑所有梯度项的通常的基于格林-高斯单元的方法来耦合控制方程。此外，对所有空间导数的能量和动量方程进行了二阶精度考虑到自由对流的性质，将自由对流描述为低速流，将连续性、能量和动量方程的耦合控制系统固定为精确流型是复杂的[4]。因此，为了达到一个表2所考虑问题的边界条件首页应用条件1VX<$VY<$VZ <$$>0，@T=@n<$0（n表示法线方向）2VX<$VY<$VZ<$0，T<$TW3VX<$VY<$VZ<$0，T<$T1通过将欠松弛因子固定到其缺省值为1，提高了数值解的收敛速度。最后，质量和动量守恒的收敛阈值保持在10- 6。4. 计算验证为了检验数值模拟结果的可靠性和所采用的结构形式的有效性，本文对表面贴装方柱连接处的层流自由对流进行了平行实验研究。使用Koleshko等人[25]的实验中描述的实验装置进行实验研究。在实验过程中，方柱表面上的绝热条件是由聚合物的非常低的热导率提供的。立板采用250 D硬铝板制作 44 D0点 02分D.本研究报告的作者在他们以前的工作中[26]证实了收集的实验数据的可靠性和此外，实验研究确定了瞬变流和湍流的发生范围.实验结果证明，加热垂直板上的上升流在距垂直板前缘45D处所以层流的特性近似延续到Grashof数等于5 109，只有在这个Grashof数范围内，流动才表现出瞬态行为，湍流局部结构开始演化。在目前的工作中，计算Grashof数考虑等于7： 35 108，这与瞬态格拉肖夫数足够远，在瞬态格拉肖夫数处，流动上的滞后和扰动开始发展。层流Grashof数的高范围使得研究完全层流对流成为可能，其中温度的研究是可观察和可读的。在本工作中，数值计算结果与实验数据之间的比较，说明无量纲温度（T）和合成速度（VRes）的轮廓。由于垂直板的模拟结果是等温的，而在实验研究中，电阻温度计传感器测量温度，所以这些值在数值和实验研究中是不同的。因此，从实验研究中获得的值不能直接与计算值进行比较为了解决这个问题，在目前的工作中，无量纲温度（T）定义如下：þ4P¼P1，T¼ T1不1/4TW-T= 1/4TW-T1/4TH. Malah，Yuri Sergeevich Chumakov和E.萨代吉安工程科学与技术，国际期刊27（2022）1010045¼¼-联系我们≤¼¼其被确定为垂直板与所研究环境的期望点之间的温差（TW- T）与垂直板与所研究环境的期望点之间的温差（T W-T）的比率。在玻璃板和环境空气（TW-T1）中。正如前文所述，实验研究中，环境空气温度T1取293： 15K在293： 15 K和295： 15 K之间变化此外，数值解和实验研究中的垂直板温度都是在所需温度点上线性化得到据我们所知，在自由对流边界层和加热垂直板的情况下，横向速度（VX）可以忽略不计[25，26]。因此，在本文中，合成速度（VRes）是纵向速度（VY）和垂直于垂直板的速度（VZ）的总和。在实验和数值模拟中测量的二维合成速度之间的比较是使用无量纲合成速度（V Res）剖面提供的，其中二维合成速度对于每个Y坐标，ity（VRes）被归一化为其最大值比较是通过选择圆柱上游区域的剖面来进行的，该区域预计会受到形成涡流的强烈影响（Y=D0：525，Y=D0：625和Y=D 0：775）。在YZ对称平面（X=D0）上得到的无量纲温度和速度分布如图2所示。图2说明了数值结果和实验数据之间完美的定性和定量一致性。在圆柱上游区域，无量纲温度和合成速度的数值计算值与实验值的平均偏差分别为5： 89和10： 28%。数值计算结果与实验结果的最大偏差出现在圆柱连接处附近，在这里，流动扰动在数值解中被简化。此外，实验过程中出现的误差会影响实验程序和实验装置的准确性，从而导致累积偏差。图中的偏差分析。 2证实了所选数值方法的可靠性，强调了Ansys-Fluent中应用数值组态的有效性。5. 结果和讨论在本节中，数值研究了等温垂直平板上的接合处流动，围绕表面安装的方形，圆形和棱柱形柱体，以研究柱体横截面形状对马蹄涡系统形成的影响。值得一提的是，根据作者以前的研究[4，5]，自由对流边界层厚度（d）在表面温度固定为333： 15 K的垂直板的情况下，是相等的圆柱直径（1D），这允许围绕低纵横比（Hd）圆柱的接合处流动图3示出了围绕短的表面安装的圆柱体的示意性形成的涡流。在图3中，具有下标（PV）、（SV）和（Int.）的标识，分别代表主涡、次涡的中心位置和主、次涡结构相互作用点的位置。此外，（EV）和（DV）分别对应于端面和下游涡的中心。最后，积分（N）和（PS）在图中。 3、分别与圆柱体表面沿其前缘（Z轴）的驻点位置和加热立板工作表面沿Y轴的初次分离点位置有关。此外，符号L和O分别显示沿垂直板的纵向坐标（Y=D）和垂直于垂直板的坐标（Z=H）。 在YZ对称平面（X = D0）内，每种情况下的二维流线图与温度场重叠，如图所示。 四、根据图4，在圆柱体的上游区域，方形和圆形圆柱体有两个涡流，分别代表初级和次级涡流结构。在棱柱形柱体的情况下，只有一个主要的马蹄涡在上游区域，这是弱于在其他类型的圆柱体中形成的涡。为了获得马蹄形涡系的详细信息，表3中说明了YZ对称平面（X=D0）中上游涡结构形态的识别特征。流向逆压梯度对对流边界层的影响是在加热的垂直平板上产生的，随后在一次分离皮诺（PS）附近，边界层中的剪切层卷起形成离散涡。通过考虑表3，很明显，当钝体的前部形状变得更尖锐时（从方柱体到圆形，最后到棱柱体的情况），主分离皮诺（PS）的位置被推迟，这证实了以前的研究[7]。 因此，如图4和表3所示，当钝体的前部形状变得更尖锐时（圆柱的前缘从方柱体到圆形，最后到棱柱体变得更尖锐），主涡流的尺寸减小。除此之外，垂直板（PS）上的分离线，主要马蹄涡的位置，以及位置气缸前缘的驻点，靠近当筒体正面形状较尖锐时，对筒体连接处和立板工作面的影响也较大。虽然对于棱柱形圆柱体，不存在二次涡;对于其它的圆柱体（方形和圆形圆柱体），二次涡的位置图二. 表面安装方柱周围数值计算结果与实验数据的比较验证：（a）无量纲温度分布（T_∞）;(b)无量纲合成速度（V Res）。H. Malah，Yuri Sergeevich Chumakov和E.萨代吉安工程科学与技术，国际期刊27（2022）1010046¼从图4中可以定性地看出，从方柱体到棱柱体，由于减小了前钝度，在柱体连接处形成的旋涡强度也减小了。采用Rankine涡模型对马蹄涡的强度进行了定量计算。根据这一数学模型，在自由对流边界层情况下，马蹄涡完全由一个在中心点具有奇点的无旋涡组成。通过考虑这一假设，可以将所形成的马蹄形涡的强度（C）定义为如下[7]：C¼2prV最大值5000在方程（5）中，Vmax是涡度结构内的最大速度，r是涡度核中心的半径，它与速度最大的点有关该对角距离（r）确定如下：r<$qLMax-L2OMax-O 2ð6Þ图三. 表面安装短圆柱体连接区的典型流型示意图。二次涡与一次涡的相互作用点位置随着圆柱前形角的增大而向钝体连接处和竖板附近在圆柱体端面上，图4显示了方形和圆形圆柱体的端面涡（EV）。该涡（EV）由强冷流线形成，在驻点（N）附近分离在棱柱形圆柱体的情况下，端表面涡（EV）的存在是合理的在圆柱体的上游区域的主马蹄涡的强度，随后解释了圆柱体横截面的几何形状。当流动达到定常模式时，端面涡（EV）向下移动并靠近圆柱端面。另外，通过对方柱和圆柱端面涡位置的比较（图4和表4），说明了方柱的端面涡轴在YZ平面内的位置向上移动，远离圆柱端面。表4显示了端面涡流的位置和圆柱体下游区域（DV）中形成涡流的先前的研究结果证实了下游涡流（DV）的形成[20]。 如图 4、方柱尾流中没有下游涡的形成，只有方柱顶部的奇点。根据表4，图4中圆形和棱柱形圆柱体的成形下游涡流（DV）的位置在圆柱体前缘形状较尖锐时更靠近圆柱体后缘和垂直板。式中参数L_（Max）和O_（max）分别表示涡系结构内最大速度点沿Y轴和Z轴的坐标此外，参数L和O分别是涡核中心沿Y轴和Z轴的坐标表5显示了YZ对称平面内方形、圆形和棱柱形圆柱体连接区域中形成的涡的最大速度（VMax）、涡度半径（r）和涡度强度（C）值从表5中可以推断出，通过减小圆柱的前钝度，从方形横截面形状到棱柱形形状，围绕小展弦比（H=D0：6）圆柱的接合处流动的所有形成的旋涡的尺寸（r=D）和强度（C对于不同的圆柱截面形状，圆柱位置对来流对流边界层的影响由因子Z_（？）决定，如图所示。 五、 图 5、Z轴演示了圆柱体在法线方向上对沿Z轴的垂直板，其定义为圆柱体周围出现的壁层厚度（dW）与进入的边界层厚度（d1/4D）的比例，如下：ZdW=d 7值得一提的是，在圆柱体周围形成的壁层厚度被认为是到垂直板的距离，其中局部温度与环境空气温度相差板与环境空气之间的温度差的2%。如图5所示，在圆柱体的上游区域，通过从方形圆柱体到棱柱形圆柱体减小前钝度，圆柱体沿Y轴的影响变得更小。另一方面，当圆柱体的正面形状更尖锐时，这些影响沿X轴增长。图中Z值的增加。第五章阐述了圆柱体对接缝流动的影响沿Z轴，这是相当大的情况下，方形圆柱体在圆柱的下游，圆柱的前缘角从正方形到圆形再到棱柱形，随着圆柱前缘角的增大，圆柱在X轴方向上的位移影响增大，在Z轴方向上的位移影响减小。在本 工作中 ，为 了测量 传热速率 ，使 用自由 对流传 热系数（a），如以下等式中所定义a¼q=10TW-T11008Ω在从用于热能的等式（3）导出的等式（8）中，传热系数（a）被确定为比的热通量（q）和温度之间的差异，H. Malah，Yuri Sergeevich Chumakov和E.萨代吉安工程科学与技术，国际期刊27（2022）1010047见图4。在YZ对称平面（X=D1/40）中与温度场重叠的二维流线图案：（a）方柱体;（b）圆柱体;（c）棱柱体。表3识别上游涡结构形态特征的坐标。圆形-0.670 0.150-0.875 0.050-0.81 0.100 0.550-1.05棱柱形-0.620 0.083 N/A N/A N/A N/A 0. 467-0.98表4在YZ对称平面内的端表面（EV）和下游（DV）涡的位置棱柱形N/A N/A 0.645 0.400表5YZ对称面（X=D<$0）上的交界涡结构特征。形成的涡流圆柱体截面形状VMax，（ms-1）R=DC×10- 5，（m2s-1）主涡平方0.2600.09101圆形0.1360.04525棱柱0.0840.03515二次涡（SV）平方0.0460.05843端面涡圆棱柱平方0.034不适用0.2240.025不适用0.1358N/A229下游涡棱柱形正方形圆形0.105不适用不适用0.1030.110不适用不适用0.242153不适用不适用圆柱体截面形状LPV（Y=D）OPV（Z=H）LSV（Y=D）OSV（Z=H）LInt：（Y=D）OInt：（Z=H）ON（Z=H）LPS（Y=D）平方-0.7250.258-1.0500.075-0.930.1750.683-1.40圆柱体截面形状LEV（Y=D）OEV（Z=H）LDV（Y=D）ODV（Z=H）平方0.2101.642N/AN/A圆形-0.0351.2330.6600.467H. Malah，Yuri Sergeevich Chumakov和E.萨代吉安工程科学与技术，国际期刊27（2022）1010048734棱柱0.0990.155303H. Malah，Yuri Sergeevich Chumakov和E.萨代吉安工程科学与技术，国际期刊27（2022）1010049-¼¼≤ ≤≤ ≤图五、圆 柱 截面形状对接近边界层厚度分布的影响：（a）正方形;（b）圆形;（c）棱柱形。加热垂直板和环境空气（TW T1）。本文讨论了各种情况下圆柱连接处加热垂直平板上的自由对流换热系数场在Figure 6中播放如图6所示，在圆柱体的下游区域，由于圆柱体边缘，在棱柱体的情况下，传热系数的场更加复杂，圆柱体边缘位于与圆柱体前缘成90度角的坐标处。考察了图1中得到的传热系数场。图6中给出了不同圆柱体横截面形状下自由对流传热系数（a）与圆柱体轴线相关的空间坐标（d）的关系，也是为了关联推导出的效应。7.第一次会议。如图所示。 6a和图 7 a时，最大传热系数出现在方柱的情况下，在这种情况下，高热流沿垂直板（沿Y轴）延伸得更多。此外，尽管棱柱体的高传热率的范围较宽（沿X轴），但正方体的高传热率的范围沿Y轴较大 在圆柱体的情况下，如图所示。 6 B和图 7b时，在上游区域，最大传热量出现在与YZ对称面（X=D0）有关的圆柱前缘。如图 7a时，在上游区域，方柱的最大传热系数出现在方柱的边缘，对应于角坐标等于45度。圆柱体的对应位置为在YZ对称平面（h0）上，根据图7b。最后，图7c示出了在棱柱形圆柱体的情况下，传热系数在上游区域中的圆柱体表面上经历其最大值，其中角坐标等于90度。这种现象的出现是由于90度角的非流线体的角几何学。在图7中，最大传热系数表示二维XY平面中的主马蹄涡轴的中心。从图7a中可以明显看出，在方柱体的情况下，主马蹄涡轴从0度移动到45度，从而远离柱体轴，而如图7c所示，在棱柱体的情况下，马蹄涡轴更接近柱体轴。气缸表面在这角范围（0小时 45分）。此外，对于圆柱，主马蹄涡保持其对角距离从0度到45度的圆柱轴，根据图。7 b.如示于图 7、在XY平面内，柱体和圆柱体的主马蹄涡轴线与柱体轴线呈45 ° ~ 90 °的偏离，而方柱体的主马蹄涡轴线与柱体表面呈较近的偏离。最后，在Fig. 7.对于所有形状的圆柱，在尾流区（90° h135° h），主马蹄涡中心都从圆柱轴线后退。一般来说，自由对流传热率随着圆柱体横截面形状的顶角从圆柱体上游的45度角坐标增加到圆柱体下游区域的135度角而增加图六、 不同截面形状的圆柱体在连接区的传热系数分布：（a）方形;（b）圆形;（c）棱柱形。H. Malah，Yuri Sergeevich Chumakov和E.萨代吉安工程科学与技术，国际期刊27（2022）10100410¼¼见图7。不同圆柱体连接区的传热系数（a）与无量纲对角坐标（d=D）的关系：（a）正方形;(b)圆形;（c）棱柱形。6. 结论在这项工作中，一个全面的调查提供了数值的情况下，层流的自由对流边界层，这是随着等温垂直板。通过在平板上设置不同的钝体，考察了圆柱截面形状对交界面流动三维特性的影响。通过对表面贴装方柱温度场的实验研究，验证了数值计算的可靠性目前工作的科学结论概述如下：在连接区域形成的涡流的数量取决于圆柱的横截面形状。然而，在上游区域的不同截面形状的圆柱体中，最小的一个主马蹄形涡的形成被证实研究了垂直平板上分离点（PS）的位置、一次马蹄涡（PV ）和二次马蹄涡（SV ）的中心、它们的相互作用点（Int.）最后驻点（N）向上移动，通过增加前钝度（从正方形到棱柱形圆柱体）而更靠近圆柱体接合部和垂直板的工作表面所有生成的涡流的强度增加，增加前钝度的气缸在上游和下游地区的气缸，分别高达573%和142%。另一方面，所有形成的旋涡强度增加不同的横截面形状从上游区域到下游的圆柱。圆柱体的就位效应与圆柱体的几何形状密切相关圆柱的安放对二维分离边界层沿Y轴和Z轴方向的影响在方柱的情况下达到最大值，而沿横向（X轴）的圆柱安放对分离边界层的影响最大，当圆柱的前钝度较尖时，其影响增加了23%圆柱体上游和下游区域的自由对流传热系数是钝体横截面形状的函数。在0 °角圆柱体的情况下，自由对流换热系数最大（13： 5Wm- 2K-1在方形和棱柱形圆柱体的情况下，传热系数的最大值（分别为12： 6和8 Wm- 2K-1）出现在45 °和90 °角坐标处，这与这些情况下圆柱体边缘的位置相对应。总结本节，可以得出结论，圆柱的几何形状通过对接缝流动的深入了解，研究人员可以在实际应用中通过提供适当的几何结构研究来控制传热速率，特别是在用过的核燃料棒储存中。竞争利益作者声明，他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系，可能会影响本文报告的工作。引用[1] M. El-Amrani，M.陈晓，自然对流和混合对流的数值模拟，北京大学出版社，2001。方法流体53（12）●●●●●H. 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