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Abstract

A new analysis is performed to study the flow and heat transfer characteristics of laminar combined forced and free convection about a horizontal cylinder. The transformed conservation equations of the nonsimilar boundary layers are solved by a finite difference method. Numerical results for gases having a Prandtl number of 0.7 are presented for buoyancy parameters which cover the entire domain of the mixed convection, ranging from pure forced convection to pure free convection. It is found that both the local wall shear and the local heat transfer rate (1) increase with increasing buoyancy force for assisting flow, (2) decrease with increasing buoyancy force for opposing flow, and (3) depend very strongly on the variation of the local free stream velocity, particularly for small to moderate buoyancy forces. With regard to the heat transfer results, the buoyancy force effects on forced convection are found to be important for Gr/Re2 ≥ 1.93 and ≤ –1.60, respectively for assisting and opposing flows, whereas the inertia force effects on free convection become significant for Re2/Gr ≥ 0.012.

On a fait une nouvelle analyse des caractéristiques d'écoulement et de transfert de la chaleur d'une convection laminaire forcée ou libre autour d'un cylindre horizontal. On a résolu, par une méthode de différences finies, les équations de conservation transformées de couches-limites non semblables. On présente les résultats numériques dans le cas de gaz dont le nombre de Prandtl est 0.7 et pour des paramètres qui émbrassent le domaine entier de la convection mixte, lequel comprend la convection pure (forcée et libre). On a constaté que le cisaillement à la paroi locale et le taux de transfert local de la chaleur (1) s'accroissaient lorsque la force de flottement augmentait pour un courant aidant, (2) décroissaient lorsque la force de flottement augmentait pour un courant contraire et (3) dépendaient considérablement de la variation de la vitesse locale du courant libre, surtout dans le cas de forces de flottement allant de faibles à modérés. En ce qui a trait aux résultats du transfert de la chaleur, les effets des forces de flottement sur la convection forcée se sont avérés importants pour Gr/Re2 ≥ 1.93 et ≤ 1.60, dans le cas des courants aidant et contraire respectivement, tandis que les effets de la force d'inertie sur la convection libre se sont avérés importants pour Re2/Gr ≤ 0.012.