In natural convection flows, the fluid velocities are highly dependent on the thermal field and property variations can have a strong effect on both the flow and thermal fields. To examine the effect of property variations, at first, numerical analyses covering wide range of the Prandtl number under the same Rayleigh numbers have been carried out. Next, we have modeled the viscosity and thermal conductivity as parabolic functions of temperature and a comprehensive set of numerical solutions have been obtained to understand the effect. The Prandtl number dependence of Nusselt number is fairly strong even though the effect is still weak compared to the Rayleigh number dependence. When thermophysical properties are dependent on temperature, the flow field showed a fairly weak variation except near boundaries, whereas the temperature field is strongly affected, especially by the temperature dependent thermal conductivity.
자연대류열전달에 있어서 유체의 속도는 온도장에 의해 크게 영향을 받는다. 따라서 유체의 물성치의 변화는 유동장 및 온도장에 크게 영향을 미칠 수 있다. 본 연구에서는 물성치에 의한 영향을 분석하기 위하여 동일한 레이레이수(Rayleigh number)하에서 물성치의 대표적인 무차원수인 프란틀수(Prandtl number)가 넓은 범위에서 변하는 경우에 대한 연구를 수행하였다. 그리고 유체의 점성계수 및 열전도도를 온도에 따른 2차원 다항식 함수로 모델링하여 전산해석을 시도하여 그 영향을 분석하고자 시도하였다. 열전달량의 척도인 누셀트수(Nusselt number)의 프란틀수 의존도는 레이레이수 의존도에 비하면 약한 편이지만 비교적 강한 것으로 나타났다. 물성치가 온도의 함수로 주어지는 경우, 유동장은 경계면을 제외하고는 비교적 강한 것으로 나타났다. 물성치가 온도의 함수로 주어지는 경우, 유동장은 경계면을 제외하고는 비교적 약한 영향을 받지만 온도장은 강한 영향을 받는 것으로 나타났으며, 특히 열전도도가 온도의 함수로 주어지는 경우에 온도장에 미치는 영향은 상당히 강한 것으로 관찰되었다.
