Bingham 塑性流体中加热圆柱的涡旋脱体与传热

本研究数值 investigates 加热圆柱浸入 Bingham 塑性流体中的涡旋脱体与传热特性。评估了三个参数的影响，即（i）塑性 雷诺数（$10 \leq Re \leq 180$），（ii）普朗特数（$1\leq Pr \leq 100$），和（iii）Bingham 数（$0 \leq Bn \leq 10,000$）。采用了纳维-斯托克斯方程和能量方程进行流动和传热，同时引入 Papanastasiou 正则化以处理 Bingham 塑性流体的不可连续粘度特性。为说明流体屈服应力对流结构的影响，本研究提供了关于流动过渡、流线、剪切率和速度分布、屈服/未屈服区域的形态学，以及阻力系数（$C_d$）的全面见解。此外，分析了温度分布、沿圆柱的局部努塞尔数（$\overline{Nu_{local}}$）以及圆柱上的平均努塞尔数（$\overline{Nu}$）。结果表明，Bingham 流体在圆柱上的流动过渡取决于外部扰动，表现出亚临界分叉行为。这导致在临界 Bingham 数 $Bn_c$ 附近，$\overline{Cd}$ - $Bn$ 曲线和 $\overline{Nu}$ - $Bn$ 曲线出现剧烈跳变。此外，传热性能取决于边界层中剪切应变率在不同 $Bn$ 范围内的分布。观察到 $\overline{Nu}$ 和 $Bn$ 与 Carreau-Yasuda 类似的非牛顿黏度模型相符。这一研究增进了对 Bingham 塑性流体中涡旋脱体和传热行为的理解。