Abstract In this work, the effect of flow approach angle (α) on forced convective heat transfer from an elastically mounted vibrating rigid square cylinder is studied numerically. The Navier-Stokes equations along with the two-dimensional equation of motion of elastically mounted rigid square cylinder are solved using finite difference method. An Arbitrary Lagrangian Euler (ALE) method is used to capture the relation between fluid flow and vibrating cylinder. Numerical simulations are conducted for different Reynolds number ∈ [60–100], reduced velocity (Ured ∈ [ 3 − 8 ] ) and flow approach angle ( α ∈ [ 0 o − 45 o ] ). Prandtl number (Pr) = 7.1 and Reduced mass (Mred) = 2 are kept constant and damping coefficient, ξ ' = 0. The detailed kinematics of the flow and temperature fields is visualized in terms of instantaneous vorticity and isotherm contours. Examining the distribution of local Nusselt number (Nu) along the faces of the heated square develops further detailed insights. Overall gross characteristics are reported in terms of the time average drag coefficient and Nusselt number. Average Nusselt number ( N u ‾ ) scales linearly with Reynolds number (Re) while both Ured and α has quadratic relationship. Different vortex shedding modes viz; 2S, 2S* and P + S have also been observed for different flow approach angle. At α = 30 o , the average Nusselt number ( N u ‾ ) is maximum for Ured = 6, 8 and at all Reynolds numbers as the flow shows 2S* mode of vortex shedding.

中文翻译：

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不同流动接近角方筒涡激振动的流体动力学和传热特性

摘要 在这项工作中，数值研究了流动接近角 (α) 对弹性安装振动刚性方柱强制对流传热的影响。Navier-Stokes 方程以及弹性安装的刚性方柱的二维运动方程使用有限差分方法求解。任意拉格朗日欧拉 (ALE) 方法用于捕捉流体流动与振动圆柱体之间的关系。针对不同的雷诺数 ∈ [60–100]、降低的速度（Ured ∈ [ 3 − 8 ] ）和流动接近角（ α ∈ [ 0 o − 45 o ] ）进行了数值模拟。普朗特数 (Pr) = 7.1 和减少质量 (Mred) = 2 保持不变，阻尼系数 ξ ' = 0。流场和温度场的详细运动学通过瞬时涡量和等温线轮廓进行可视化。检查沿加热正方形面的局部努塞尔数 (Nu) 的分布，可以得到更详细的见解。根据时间平均阻力系数和努塞尔数报告总体总体特征。平均努塞尔数 (N u ‾) 与雷诺数 (Re) 成线性比例关系，而 Ured 和 α 都具有二次关系。不同的涡旋脱落模式即；2S、2S* 和 P+S 也被观察到不同的流动接近角。在 α = 30 o 时，平均努塞尔数 (N u ‾ ) 在 Ured = 6、8 和所有雷诺数时最大，因为流动显示了 2S* 涡旋脱落模式。检查沿加热正方形面的局部努塞尔数 (Nu) 的分布，可以得到更详细的见解。根据时间平均阻力系数和努塞尔数报告总体总体特征。平均努塞尔数 (N u ‾) 与雷诺数 (Re) 成线性比例关系，而 Ured 和 α 都具有二次关系。不同的涡旋脱落模式即；2S、2S* 和 P+S 也被观察到不同的流动接近角。在 α = 30 o 时，平均努塞尔数 (N u ‾ ) 在 Ured = 6、8 和所有雷诺数时最大，因为流动显示了 2S* 涡旋脱落模式。检查沿加热正方形面的局部努塞尔数 (Nu) 的分布，可以得到更详细的见解。根据时间平均阻力系数和努塞尔数报告总体总体特征。平均努塞尔数 (N u ‾) 与雷诺数 (Re) 成线性比例关系，而 Ured 和 α 都具有二次关系。不同的涡旋脱落模式即；2S、2S* 和 P+S 也被观察到不同的流动接近角。在 α = 30 o 时，平均努塞尔数 (N u ‾ ) 在 Ured = 6、8 和所有雷诺数时最大，因为流动显示 2S* 涡旋脱落模式。平均努塞尔数 (N u ‾) 与雷诺数 (Re) 成线性比例关系，而 Ured 和 α 都具有二次关系。不同的涡旋脱落模式即；2S、2S* 和 P+S 也被观察到不同的流动接近角。在 α = 30 o 时，平均努塞尔数 (N u ‾ ) 在 Ured = 6、8 和所有雷诺数时最大，因为流动显示 2S* 涡旋脱落模式。平均努塞尔数 (N u ‾) 与雷诺数 (Re) 成线性比例关系，而 Ured 和 α 都具有二次关系。不同的涡旋脱落模式即；2S、2S* 和 P+S 也被观察到不同的流动接近角。在 α = 30 o 时，平均努塞尔数 (N u ‾ ) 在 Ured = 6、8 和所有雷诺数时最大，因为流动显示 2S* 涡旋脱落模式。