Numerical investigation on mixed convection heat transfer from a vertical circular cylinder in a crossflow

Using vertical cylinder as sensor for mean radiant temperature measurement requires a precise value of heat transfer coefficient. A numerical investigation with OpenFoAM software has been performed on a slender circular cylinder to obtain average convective heat transfer coefficient in mixed convection cases for Reynolds number of 455, 900 and 1400. Different turbulence models have been employed to find the most accurate solution and k-ε showed good results and has been used for simulations. The results showed that the thermal boundary layer thickness all around cylinder in mixed cases is larger than forced cases and this resulted in lower convective heat transfer coefficient in mixed cases. As Richardson number increased, forced convection became more dominant and the difference of heat transfer coefficient between mixed and forced convection decreased. The results from OpenFOAM can be used for a good estimation of convective heat transfer coefficient in mixed convection and also more simulations are necessary to be able to derive a correlation for heat transfer coefficient.

L'utilizzo del cilindro verticale come sensore per la misurazione della temperatura media radiante richiede un valore preciso del coefficiente di scambio termico. Un'indagine numerica con il software OpenFoAM è stata eseguita su un sottile cilindro circolare per ottenere il coefficiente medio di scambio termico convettivo in casi di convezione mista per numero di Reynolds di 455, 900 e 1400. Sono stati utilizzati diversi modelli di turbolenza per trovare la soluzione più accurata e k- ε ha mostrato buoni risultati ed è stato utilizzato per le simulazioni. I risultati hanno mostrato che lo spessore dello strato limite termico tutt'intorno al cilindro nei casi misti è maggiore dei casi forzati e questo ha comportato un coefficiente di trasferimento del calore convettivo inferiore nei casi misti. Con l'aumento del numero di Richardson, la convezione forzata è diventata più dominante e la differenza del coefficiente di trasferimento del calore tra convezione mista e forzata è diminuita. I risultati di OpenFOAM possono essere utilizzati per una buona stima del coefficiente di scambio termico convettivo in convezione mista e inoltre sono necessarie più simulazioni per poter derivare una correlazione per il coefficiente di scambio termico.