Numerical analysis of natural convection from a horizontal isothermal surface immersed in water near its density extremum

최대밀도점 부근의 물속에 잠겨있는 수평등온도면에 의하여 야기되는 자연대류의 수치해석

Numerical results of heat transfer from a horizontal isothermal surface are presented for wall temperature T$_{w}$ = 0 .deg. C and ambient water temperature, T$_{\infty}$, from 1 .deg. C to 15 .deg. C. They include streamlines, temperature profiles, local heat transfer coefficients and average Nusselt numbers for the entire flow fields. For a upward-facing horizontal isothermal surface, the results show steady two dimensional flow regimes for T$_{\infty}$ .leg. 4.4 .deg. C, but no solution was obtained above T$_{\infty}$ = 4.4 .deg. C. For a downward-facing horizontal isothermal surface, the flow regimes are steady two dimensional flow for T$_{\infty}$ .geq. 4.9 .deg. C, and the numerical calculation was failed below this ambient water temperature. The mean Nusselt number has its maximum value at about T$_{\infty}$ = 3.4 .deg. C for upward-facing horizontal isothermal surface. For the case of downward-facing horizontal isothermal surface, the mean Nusselt number increases as the ambient water temperature increases.es.s.s.

본 연구에서는 수평등온평면의 가장자리에 주위물의 온도와 동일한 수평등온 평판을 부착한 모델을 사용하여 수평평면 선단의 하부에서 유체가 상부로 유입되는 것 을 방지함으로서 특별한 가정없이 단열평판의 선단에서의 경계조건을 직접 구할 수 있 었다.그리고 기존 밀도식의 복잡성과 신뢰도를 개선한 Gebhart등의 밀도식을 사용 하여 수치해석결과의 신뢰도를 증진하였다. 유한착분법을 사용하여 수평등온평면 주 위에서 일어나는 자연대류에 대한 기배방정식을 수치계산하여 주위물의 온도변화가 유 선분포, 온도분포, 국소열전달계수 및 평균 Nusselt수에 미치는 영향을 구명하였고, 상향 및 하향 수평등온면 주위에서 일어나는 자연대류의 유동형태와 열전달 특성을 비 교 검토하였다.