Interactive laminar natural convection about a pair of horizontally-parallel cylinders, either in a vertical or horizontal arrangement, was numerically studied by solving the finite difference form of the Navier-Stokes and energy equations. The heat transfer characteristics of the cylinders, with their cross sectional form limited to either circle or square, was investigated in the present study with emphasis on illuminating the mutual thermal interaction.
Difficulty associated with the complicated multi-body domain was resolved by using the boundary-fitted coordinates of multiblock form. To avoid the grid singularity in the region of high shear flow in the case of circular cylinders, an additional body-fitted grid system had to be embedded inside of the external one, with grid overlapping in between. Separated flow was found in the natural convection in this case on the top of the upper cylinder as it was impinged by the buoyant plume from the lower one.
The powerful streamfunction-vorticity formulation, which could not have been used for the multiply connected bodies so far, is now made feasible by introducing a new pressure constraint in determining the wall streamfunction uniquely. This approach presents tremendous computational efficiency over the conventional primitive variable formulation.
Mach-Zehnder interferometric study was also performed concurrently to the computational investigation to provide experimental data comparable to the computed results.
수직 혹은 수평으로 배열된, 열 간섭이 있는 두 수평 실린더 간의 자연대류 열전달을 유한차분법에 의하여 수치적으로 연구하였다. 무한유체공간 내에 존재하는 두 가지, 즉 원형과 사각형의 단면을 갖는 한쌍의 실린더들의 열전달 특성들을, 실린더들이 서로 미치는 열 간섭에 중점을 두고 조사하였다.
단일 혹은 다중으로 연결된 유동장 해석에서의 어려움을 복합구간에 관한 윤곽좌표변환에 의하여 극복하였고, 파생된 특이격자점의 영향을 격자중첩법에 의하여 해결하였다. 현상론적으로는 특히 실린더들이 수직하게 배열되어 있을때, 상부 실린더의 윗부분에 자연대류에서는 희귀한 유동의 박리현상이 존재함을 발견하였다.
원시변수를 이용한 수학적 정식화와는 달리 현재까지 다중연결된 유동영역 문제를 해결할 수 없었던 유함수-와도 식에, 새로운 물리적인 구속조건을 도입함으로써 물리적 현상을 만족하는 경계치를 설정하는데 성공하였다. 이러한 해석 방식은 원시변수를 이용한 정식화에 비추어 컴퓨터 계산에 있어서 대단히 효율적임은 재론할 여지가 없다고 하겠다.
아울러 Mach-Zehnder 간섭계에 의한 실험들을 덧붙여 수행하였으며, 이로써 수치해석 결과들의 타당성을 입증하기 위한 이중적인 노력을 경주하였다고 말할 수 있다.