2D-Wasserströmung über einen beheizten Zylinder

Analysemerkmale

• Stationär
• Interne 2D-Strömung
• Turbulent
• Nicht kompressibel
• Erzwungene Konvektion
• Wasser

Verweis

Kreith, F., Principles of Heat Transfer, 3rd Edition, Intext Educational Publishers, 1973, S. 468.

Problembeschreibung

Ein kreisförmiger Zylinder mit einer unendlich langen Achse (und somit als 2D approximiert) wird von einer turbulenten Strömung mit einer Reynoldszahl von 1.0e5 (basierend auf dem Durchmesser des Zylinders) umschlossen. Die Zylinderwand hat eine feste Temperatur. Dieses Problem wird analysiert, um die Wasserströmungs- und Wärmeübertragungs-Modellierfähigkeiten von Autodesk® CFD zu überprüfen.

Die Genauigkeit der Autodesk® CFD-Simulation wird durch den Vergleich von zwei Ausdrücken für die Nusseltzahl beurteilt: Einer von ihnen ist eine experimentell gewonnene Korrelation und der andere eine analytische Ableitung. Die experimentelle Korrelation stammt von Kreith (1973):

Das tiefgestellte "e" steht für experimentell. Die Eigenschaften für diesen Ausdruck werden bei Filmtemperatur ermittelt.

Für Berechnungen in Autodesk® CFD soll die folgende Formel verwendet werden:

Das tiefgestellte "c" steht für "berechnet".

• Q ist die Wärmeübertragung in das Fluid (in Watt).
• L und D sind die Länge (Einheitenlänge in die Seite) bzw. der Durchmesser des Zylinders.
• K ist die Wärmeleitfähigkeit des Fluids.
• h ist der Wärmeübergangskoeffizient.
• TTcyl ist die festgelegte Temperatur des Zylinders.

Geometrie und Randbedingungen

Alle Bemaßungen sind in Zoll:

Ergebnisse