In this thesis, natural convective heat transfer in the horizontal gap between inner square duct and outer circular cylinder has been investigated numerically and experimentally. Flow regime considered is steady laminar flow with the Rayleigh number ranging from 1.0 × $10^4$ to 5.0 × $10^5$ based on the radius of outer cylinder. Finite element method which is capable of handling irregular geometry as is the case for the present problem is used to solve the Boussinesq approximate equations numerically. Numerical solution is obtained for two different geometries where the line of geometric symmetry aligns with the gravitational direction.
Experiment has been also done, measuring temperature field using thermocouple probes. Visualization of flow field has been preformed with tobacco smoke. The result of experiment has provided a good support for the validity of the above numerical calculation.
본 논문에서는 정방형 단면을 가지는 내부관과 외부원관 사이에서의 유체흐름과 온도분포를 수치적 방법으로 계산하고 또, 실험을 통하여 관찰 비교하였다.
두 관 사이의 유체는 대기압하의 공기로 하였고, 수치적 해석에서는 실험과 비교될 수 있도록 상온의 공기 특성치를 주어 해를 얻었다.
이 때, 내부관은 정사각형의 대각선이 중력방향과 45˚를 이루는 경우와 평행을 이루는 경우 등 두가지 서로 다른 위치에 고정시켰다.
수치적 방법으로는 Galerkin 개략법에 기초를 둔 유한요소법을 사용하여 Boussjnesq식을 풀었으며, 실험상으로는 담배 연기를 관 사이에 주입시켜 유선을 관찰하고 또한 열전대를 사용하여 온도 분포를 직접 측정하였다.
유선 관찰 결과 수치해와 대략적으로 일치함을 알 수 있었고, 온도 분포의 경우 수치해와 실험치에는 약간의 오차가 있었으나, 전체적인 경향은 비교적 잘 예측되었다.