Analysis of buoyancy-aided convection heat transfer from a horizontal cylinder in a vertical duct at low Reynolds number

This paper reports a numerical study on buoyancy-aided steady convection heat transfer from a horizontal cylinder situated in a vertical adiabatic duct. Numerical results have been generated forH₁/D=2.5, 4, 8,H/D=8, 16, 24,S/D=2, 4, 6, 20Re60, andRi up to 4. The placing of a horizontal cylinder in a vertical duct of smaller width results in significantly enhanced pure forced convection due to the blockage effect, but degrades appreciably the extent of buoyancy-aided enhancement in the heat transfer rate. Nevertheless, the presence of a vertical duct leads to an overall enhancement of mixed convection heat transfer coefficient relative to that without the confining duct. Moreover, the average Nusselt number is rather insensitive to the variation of either the position of the cylinder in the duct or the duct height in the investigated ranges of these geometric parameters.Dieser Artikel beschreibt eine numerische Studie über auftriebsunterstützte konvektive Wärmeübertragung von einem horizontalen Zylinder der in einem vertikalen adiabaten Kanal positioniert ist. Die numerischen Ergebnisse sind fürH₁/D=2, 5, 4, 8,H/D=8, 16, 24,S/D=2, 4, 6 sowie 20Re60 undRi bis 4 berechnet worden. Die Anordnung des horizontalen Zylinders in einem schmaleren vertikalen Kanal führt auf Grund des Blockierungs-effektes zu einem deutlichen Anstieg der reinen Zwangskonvektion. Aber sie verschlechtert deutlich den Betrag der auftriebsbedingten Steigerung in der Wärmeübergangsrate. Trotzdem führt die Anwesenheit des vertikalen Kanals insgesamt zu einer Steigerung des Wärmeübergangskoeffizienten bei Mischkonvektion im Vergleich zur Abwesenheit des begrenzenden Kanals. Des weiteren ist die durchschnittliche Nusseltzahl von der Variation der Zylinderposition im Kanal oder der Kanalhöhe abhängig.