The application of an embedded grid to the solution of heat and momentum transfer for spheres in a linear array

The objective of this study is to predict the forced convection heat transfer for spheres in a one-dimensional array aligned along the flow direction. An array with spheres of different sizes has also been studied. The interaction among these spheres is a salient feature of the analysis. The Navier-Stokes equations, in pressure-velocity form, and the energy equation have been solved numerically by an iterative finite-difference method in an embedded, body-fitted grid. A range of Reynolds numbers from 5 to 100 has been investigated for two sphere spacings. The temperature distribution around the sphere array, as well as the drag coefficient and Nusselt number around the sphere surfaces have been calculated. The results show good agreement with the numerical and experimental results in the literature. L'objectif de cette étude est de prédire le transfert thermique par convection forcée pour des sphères dans un arrangement monodimensionnel aligné dans la direction de l'écoulement. Un arrangement avec des sphères de diamètres différents est aussi étudié. L'interaction de ces sphères est le fait marquant de l'analyse. Les équations de Navier-Stokes, sous la forme pression-vitesse et l'équation d'énergie sont résolues numériquement par une méthode itérative aux différences finies dans une grille noyée. On étudie le domaine de nombre de Reynolds de 5 à 100 pour deux espacements des sphères. La distribution de température autour des sphères et le coefficient de trainee sont calculés ainsi que le nombre de Nusselt autour des sphères. Les résultats montrent un bon accord avec ceux numériques et expérimentaux de la littérature. Ziel dieser Untersuchung ist die Berechnung des Wärmetransports in erzwungener Strömung in einem Feld von Kugeln, welche hintereinander angeordnet sind. Neben gleichen Kugeln wurde auch ein Feld mit Kugeln unterschiedlicher Gröβe betrachtet. Die gegenseitige Beeinflussung der Kugeln ist ein wesentlicher Gesichtspukt der Untersuchung. Die Navier-Stokes-Gleichungen (in Druck-Geschwindigkeitsform) und die Energiegleichung werden numerisch mit Hilfe einer iterativen Finite-Differenzen-Methode gelöst. Dabei wird ein feststehendes, an den Kugeln zentriertes Gitter benutzt. Die Untersuchungen werden für zwei verschiedene Kugelabstände und Reynolds-Zahlen im Bereich von 5–100 durchgeführt. Es wird sowohl die Temperaturverteilung in der Umgebung des Kugelfeldes als auch der Widerstandsbeiwert und die Nusselt-Zahlen an den Kugeloberflächen berechnet. Di