在实际生产和实践中,绕等温柱体（圆形柱体,方形柱体）的尾流和传热研究得到了广泛的关注,例如电子芯片冷却系统（处理器和功率芯片）,微型热交换器,燃料电池,数据中心和涡轮机叶片冷却系统等。随着技术的进步,热工科研人员正在寻找不同的机制来提高相互作用物体和周围流体之间的热工性能。常见的强化传热机制可分为主动和被动两种。主动方法需要外部能量输入来维持系统,进而以强化传热。而被动方法不需要额外的能量来源,仅需要对研究对象进行表面或介质处理,如表面延伸、表面修饰、物体接近、以及流体中注入添加剂（纳米流体）等。表面优化和邻近性是当前研究的重点,通过探索最优表面结构及其排列分布,以达到强化传热的目的。然而,现有文献结果尚未给出传热与流动结构间的关系。因此,急需填补传热与流动结构间关系的研究空白。综上,本论文对具有广泛工程应用前景的柱体结构进行了强迫对流和混合对流换热的数值模拟研究。在强制对流中,重点研究了单根柱体从方形截面变化到圆形截面时对应的角半径比（r/d）对其尾流和传热的影响,其中r是角半径,d是柱体的宽度/直径,在两串联分布的研究中,d/D为直径比,D是下游柱体的直径。同样,在混合对流中,系统地研究了理查逊数Ri（=0–2.0）对无压流条件下两串联圆柱的流场和传热的影响。在混合对流中,Ri是关键的性能控制参数,其定义式为Ri=Gr/Re2,其中,Gr=gβ（∞-w）D3/ν2为格拉斯霍夫数,g是重力加速度,β是体积膨胀系数,D是钝体结构的特征宽度,ν是流体的运动粘度,以及T是温度,下脚标“w”和“∞”分别代表钝体结构和自由来流)的变化对圆柱体的流动和传热特性的影响。本论文运用基于有限体积法的商业软件ANSYS FLUENT,对低雷诺数下的钝体横流的尾流结构和传热特性展开数值模拟计算。有限体积格式的压力-速度耦合采用SIMPLE（Semi-Implicit Method for Pressure-Linked Equations）格式实现。对流项的空间离散采用二阶迎风格式,扩散项采则用二阶中心差分格式。钝体结构壁面为定温无滑移边界条件。对于混合换热,y-动量方程采用Boussinesq假设,假设密度在动量方程的所有项中都是常数,除了由于温差引起的密度变化进而引起的包含浮力的体积力。本论文以数值的方法模拟了在雷诺数Re=150时钝体在横流中的尾流结构和换热特性。通过修改控制参数r/d,柱体形状从方形结构逐渐过渡到圆形结构。本论文系统地研究了一系列的圆角率,如r/d=0（方形结构）、0.125、0.25、0.375、0.5（圆形结构）。从流动分离、旋涡强度、分离泡和尾流区的角度来看,圆角对流动结构有着深刻的影响,它们各自在不同柱体表面的传热中起着至关重要的作用。当r/d从0增加到0.5时,由于尾迹回流区尺寸和涡强度变小,圆柱的换热效率提高了33%,表明r/d=0.5是最有效的换热结构。最小的平均阻力和最小脉动阻力分别出现在r/d=0.25和r/d=0.125。从传热对r/d的依赖关系中可以明显得到以下结论,当r/d=0.5（圆形结构）时,其传热最大。因此,本论文对圆形结构进行了深入研究。以数值模拟的方法研究了较小圆柱体（直径d）浸没于等温圆柱体（直径D）尾流中的流动和传热特性,其固定间距比L/d=5.5,其中式中L为上游圆柱中心点至下游圆柱几何前驻点的距离。重点研究了直径比d/D为0.15-1.0时,上游圆柱尺寸对下游圆柱周围流场和换热的影响,其中d/D为控制参数。当d/D<0.3,上游剪切层重新附着在下游圆柱上,并且在其后方脱落。另一方面,在0.3≤d/D≤1.0时,分别在两圆柱间隙和尾流中产生涡流,在柱体结构的下游发现了二次涡街。当d/D从1.0减小至0.4时,表面平均换热增强,并且在d/D=0.4时达到最大值。同时发现了一种新的脉动传热的三次频率,即一次频率和二次频率之间的差异。本论文研究了一个浸没在圆柱尾迹中的圆柱在混合对流状态下Ri数（=0-2）的影响。此处选择了三个间隙比L/D=1.2、3.0、5.0,其中L为两柱体结构的中心长度尺寸。上游柱体保持零热流量,而下游柱体结构保持恒温加热。结果显示,虽然上游柱体结构不是自加热的,但由于串联柱体结构间的间隙产生回流作用,其温度可以达到下游结构温度的85%。在Ri的影响下,尾流的对称性被破坏,在相对较高的Ri下,其尾流表现为P+S（成对和单个）涡街,并且P涡比S涡具有更高的热量。当Ri增大时,在加热柱体结构（尾流结构）的前后分别产生下升流和上降流,强化了结构传热,产生了时间平均升力。L/D=5.0为本模拟Ri范围内的有效传热增压配置。