Finite element solutions for laminar flow and combined convection around a square prism

The finite element solutions of the full Navier-Stokes and energy equations for steady laminar flow and combined convection around square prisms with attack angles of 0° and 45° are obtained for a gas having Pr=0.7. The variations of surface shear stress, local pressure and Nusselt number are obtained over the entire prism surface including the zone beyond the point of the separation. The predicted values of drag coefficients, the location of separation, average Nusselt number and the plots of velocity flow fields and isotherms are also presented. The trend of the present numerical results seems reasonable.

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Finite-Elemente-Verfahren für laminare Strömung und kombinierte Naturkonvektion um ein quadratisches Prisma

Zusammenfassung Es wird über Lösungen der Navier-Stokesund der Energiegleichungen mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode für stationäre laminare Strömung, kombiniert mit Naturkonvektion, um ein quadratisches Prisma berichtet, wobei als Anströmwinkel 0° und 45° gewählt wurden und Gasströmung mitPr=0,7 angenommen wurde. Die Rechnung ergibt den Verlauf der Wandschubspannungen, des örtlichen Druckes und der Nusselt-Zahl über die gesamte Oberfläche des Prismas, einschließlich des Bereiches hinter dem Ablösepunkt. Weiterhin werden in dem Aufsatz Angaben gemacht über die Widerstandskoeffizienten, die Lage des Ablösepunktes, der mittleren Nusselt-Zahl sowie der Geschwindigkeits- und Temperaturfelder. Die numerischen Ergebnisse erscheinen im Trend vernünftig zu sein.

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Nomenclature a side length of square - C _f friction drag coefficient - C _p pressure drag coefficient - C _D total drag coefficient - F _f total friction drag force - F _P total pressure drag force - Gr Groshoff number,g (T _w -T )a ³/v ² - g gravitational acceleration - h local heat transfer coefficient - K thermal conductivity - L dimensionless location of surface from the front stagna tion point,L ^*/a - L ^* dimension location of prism surface - Lc location of separation - N _j shape function - Nu, local and average Nusselt numbers - M _l shape function - P dimensionless pressure,p ^*/u ² - P ^* pressure - p _x ^* x-componentP ^* - Pe Peclet number,Re Pr - Pr Prandtl number, c/K - Ra Rayleigh number,Gr Pr - Re Reynolds number,a u /v - s direction along the sides of prism - u dimensionlessX-direction component of velocity,u ^*/u - u ^* X-direction component of velocity - u free stream velocity - dimensionlessY-direction component of velocity,v*/u - ^* Y-direction component of velocity - X X-direction axis - x dimensionlessX-direction coordinate,x ^*/a - x ^* X- direction coordinate - Y Y-direction axis - y ^* dimensionless 7-direction coordinate,y ^*/a - y ^* Y-direction coordinate Greek symbols coefficient of volumetric thermal expansion - attack angle - dynamic viscosity - kinematic viscosity,/ - density of fluid - _w dimensionless surface shear stress, _w ^* /u ² - _w ^* surface shear stress - _wx ^* x-component of _w ^/* - dimensionless temperature,