Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.26
no.4
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pp.622-628
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2002
Numerical analysis has been carried out for two-dimensional steady and unsteady mixed convection in the annulus between co-rotating horizontal cylinders with a heated inner cylinder. The ratio of annulus gap($\sigma$) is taken from 1 to 10 and the order of mixed-convection parameter B(=Gr/(1+Re)$^2$) varies from 10$^4$to $10^0$. The flow patterns over this parameter range are steady multicellular, oscillatory multicellular or steady unicellular. The addition of co-rotating of both cylinders stabilizes the flow in the annulus and weakens the unsteadiness. Even in the large values of rotating parameter such as of $10^0$/($\sigma$=2) and 10$^2$($\sigma$=10), the flow pattern becomes asymptotic to the steady unicellular flow, like as in the rigid-body rotating flow.
Mixed convection in a horizontal annulus is considered, and the effect of a forced flow on the natural convective flow is investigated. The inner cylinder is hotter than the outer cylinder, and the outer cylinder is rotating with constant angular velocity with its axis at the center of the annulus. The unsteady streamfunction-vorticity equation is solved with a finite difference method. For the fluid with Pr=0.7, there appear flows with two eddies, one eddy, or no eddy according the Rayleigh and Reynolds numbers. The rotation of the outer cylinder reduces the heat transfer rate at the wall of the annulus. The oscillatory multicellular flow of a low Prandtl number fluid with Pr=0.01 can be effectively suppressed by the forced flow.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.19
no.7
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pp.1709-1719
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1995
The primary objective of the paper is to obtain the basic information of the natural convection of a stratified with various parametric conditions related to rotating speed, temperature and concentration gradient. For the purpose of it, experiments are performed in a stably stratified salt-water solution with lateral heating in a stationary or rotating annulus. The experiment covers the ranges of Ar=2, Le=100, R $a_{\ta}$=2 10$^{5}$ and Ta=0, 10$^{5}$ - 2.5*10$^{8}$ . Many interesting flow phenomena are observed and rotation effects are examined. Particularly as Taylor number increases (rotation increases) at a given R $a_{\ta}$, the generation of rolls at hot wall is inhibited and the formation and merging process of layers are delayed.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.14
no.10
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pp.833-843
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2002
The present experimental and numerical investigations are performed for the characteristics of transitional flow in a concentric annulus with a diameter ratio of 0.52, whose outer cylinder is stationary and inner one rotating. The pressure losses and skin- friction coefficients have been measured for the fully developed flow of water and glycerine-water solution (44%) with the inner cylinder rotating at speed of 0∼600 nm, respectively. The transitional flow has been examined by the measurement of pressure losses to reveal the relation of the Reynolds and Rossby numbers with the skin-friction coefficients. The occurrence of transition has been checked by the gradient changes of pressure losses and skin-friction coefficients with respect to the Reynolds numbers. The increasing rate of skin-friction coefficient due to the rotation is uniform for laminar flow regime, whereas it is suddenly reduced for transitional flow regime and, then, it is gradually declined for turbulent flow regime.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2001.05a
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pp.695-701
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2001
While a rotating inner cylinder executes a periodic translational motion in concentric annulus, the vibration of the rotating inner cylinder is induced by fluid-dynamic forces acting on the cylinder. In the previous study related to journal bearing, the unsteady viscous flow in the annulus and the fluid-dynamic forces were evaluated based on a numerical approach. Considering the dynamic-characteristics of unsteady viscous flow, an approximate analytical method has been developed for estimating added mass, viscous damping and fluid-stiffness coefficients. For the study of flow-induced vibrations and related instabilities, it is of interest to separate the coefficients from the fluid-dynamic forces. The added-mass and viscous damping coefficients for very narrow annular configurations, as journal bearing. can be approximated by considering the gap ratio to the radius of inner cylinder, while the fluid-stiffness coefficient is related to the Reynolds number, the oscillatory Reynolds number and the gap ratio.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.21
no.4
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pp.551-561
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1997
Mixed convection of air in a horizontal concentric cylindrical annulus is investigated numerically. Isothermal boundary conditions are prescribed at the inner and outer cylinders, with the inner cylinder being warmer. The forced flow is induced by the outer cylinder which is rotating slowly with constant angular velocity with its axis at the center of the annulus. The effect of the forced flow on the flow pattern and heat transfer of natural convection is investigated for the annulus of (inner-cylinder radius/gap width) = 1. There appear two eddies, one eddy or no eddy according to the Rayleigh and Reynolds numbers. Map of the three flow regimes is constructed on the Ra-Re plane. (author). 28 refs., 9 figs., 2 tabs.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.22
no.12
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pp.1784-1795
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1998
Natural convection of low Prandtl number fluids with $Pr{\leq}0.2$ in a narrow horizontal annulus is numerically investigated. For $Pr{\leq}0.2$, hydrodynamic instability induces oscillatory multicellular flows consisting of multiple like-rotating cells. For a fluid with $Pr{\approx}0$, the region in which instability of conduction regime first forms is near the vertical section of annulus, and the multiple cells are distributed uniformly in the lower and upper regions of annulus. As Pr increases, however, the cells are shifted upwards. The like-rotating cells drift downward, as time goes on, and the speed of travel increases with increase of Pr. For a fluid with Pr=0.1, a flow with period-4 solution is observed between chaotic states.
This experimental study concerns the characteristics of vortex flow in a concentric annulus with a diameter ratio of 0.52, whose outer cylinder is stationary and inner one is rotating. Pressure losses and skin friction coefficients have been measured for fully developed flows of water and of 0.4% aqueous solution of sodium carboxymethyl cellulose (CMC), respectively, when the inner cylinder rotates at the speed of 0~600 rpm. Also, the visualization of vortex flows has been performed to observe the unstable waves. The results of present study reveal the relation of the bulk flow Reynolds number Re and Rossby number Ro with respect to the skin friction coefficients. In somehow, they show the existence of flow instability mechanism. The effect of rotation on the skin friction coefficient is significantly dependent on the flow regime. The change of skin friction coefficient corresponding to the variation of rotating speed is large for the laminar flow regime, whereas it becomes smaller as Re increases for the transitional flow regime and. then, it gradually approach to zero for the turbulent flow regime. Consequently, the critical (bulk flow) Reynolds number Re$\_$c/ decreases as the rotational speed increases. Thus, the rotation of the inner cylinder promotes the onset of transition due to the excitation of Taylor vortices.
Natural convection in a wide-gap horizontal annulus is considered, and the transition of flows from steady to oscillatory convection is investigated for the fluid with Pr=0.1. The unsteady streamfunction-vorticity equation is solved with finite difference method. As Rayleigh number is increased, the steady crescent-shaped flow bifurcates to a time-periodic flow with like-rotating eddies. And afterwards, a transition to an oscillatory multicellular flow with a counter-rotating eddy on the top of the annulus occurs. A transition from steady to an oscillatory flow occurs, but dual solutions and hysteresis phenomena are not observed.
This experimental study concerns the characteristics of a transitional flow in a concentric annulus with a diameter ratio of 0.52, whose outer cylinder is stationary and inner one rotating. The pressure losses and skin-friction coefficients have been measured for the fully developed flow of a 0.2 % aqueous solution of sodium carbomethyl cellulose (CMC) at a inner cylinder rotational speed of $0{\sim}600$ rpm. The transitional flow has been examined by the measurement of pressure losses, to reveal the relation of the Reynolds numbers with the skin-friction coefficients, in the laminar and transitional flow regimes. The occurrence of transition has been checked by the gradient change of pressure losses and skin-friction coefficient with respect to the Reynolds numbers. The increasing rate of skin-friction coefficient due to the rotation is uniform for laminar flow regime, whereas it is suddenly reduced for transitional flow regime and, then, it is gradually declined for turbulent flow regime. Consequently, the critical(axial-flow) Reynolds number decrease as the rotational speed increases. Thus, the rotation of inner cylinder promotes the early occurrence of transition due to the onset of taylor vortices.
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