具有变流体特性的加热圆柱体周围的热与流传输分析

《Heat Transfer》：Heat and Flow Transport Analysis Around a Heated Circular Cylinder With Variable Fluid Properties

　　

摘要

由于在工程和技术应用中的广泛适用性，尤其是工业领域的应用，如传热装置、冷却设备以及能量传输现象，对圆柱形物体周围的热流和流体流动进行分析具有重要意义。本研究的主要目的是探讨并强调对加热圆柱体周围流体流动进行热分析的重要性。在此背景下，理解围绕热活性圆柱体的浮力驱动流动及传热动力学对于准确预测特性变化流体的热效率至关重要。本研究的创新之处在于，在加热圆柱体周围的浮力驱动流动模型中同时考虑了粘度波动和温度依赖性的热导率效应，从而更真实地反映特性变化流体中的传输机制。基于上述坐标系及问题主题，将根据守恒定律建立动量与能量守恒方程。随后，通过引入合适的无量纲变量，将所建立的偏微分方程组转化为无量纲形式。采用原始变量公式，并运用有限差分法对问题进行数值处理。数值计算采用FORTRAN软件完成，结果则通过Tecplot软件进行可视化展示。研究结果表明，普朗特数$$、格拉肖夫数（Gr）$$以及粘度变化系数$$会对速度和温度分布产生影响，这些影响可通过图表呈现。数值结果显示，随着格拉肖夫数的增加，速度场强度增大，而温度分布则降低。相反，粘度变化参数的增加会导致速度降低而温度上升。此外，热导率参数则会提升速度和温度分布。在较强的浮力作用下，热边界层会变薄，而当倾斜角度和粘度增大时，热边界层则会变厚。在适中的倾斜角度下，会出现最大的表面摩擦力和传热速率。

利益冲突声明

作者声明不存在利益冲突。

数据可用性说明

本研究的相关数据可在合理请求下向通讯作者获取。