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.
Monodisperse silica nanospheres were synthesized by Stober method using rotating cylinder systems with batch or continuous manner. The particle size could be controlled by adjusting the reactant compositions such as the amount of monomer, catalyst, and water in the reaction mixture. The size and monodispersity of the ceramic particles could be controlled by changing the reaction medium with different alcohols other than ethanol or changing the reaction temperature. The effect of Taylor number (Ta) on the average diameter and standard deviation of silica particles were also studied by adjusting the rotation speed of inner cylinder, and the maximum diameter of particles was observed at Ta ${\approx}3,000$.
In this research, a semi-analytical solution is presented for computing mechanical displacements and thermal stresses in rotating thick cylindrical pressure vessels made of functionally graded material (FGM). The modulus of elasticity, linear thermal expansion coefficient, and density of the cylinder are assumed to change along the axial direction as a power-law function. It is also assumed that Poisson's ratio and thermal conductivity are constant. This cylinder was subjected to non-uniform internal pressure and thermal loading. Thermal loading varies in two directions. The governing equations are derived by the first-order shear deformation theory (FSDT). Using the multilayer method, a functionally graded (FG) cylinder with variable thickness is divided into n homogenous disks, and n sets of differential equations are obtained. Applying the boundary conditions and continuity conditions between the layers, the solution of this set of equations is obtained. To the best of the researchers' knowledge, in the literature, there is no study carried out bi-directional thermoelastic analysis of clamped-clamped rotating FGM thick-walled cylindrical pressure vessels under variable pressure in the longitudinal direction.
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.
Park, Jong-Chun;Moon, Jin-Kook;Yoon, Hyun-Sik;Lee, Byung-Hyuk;Chun, Ho-Hwan;Suh, Sung-Bu
Journal of Ocean Engineering and Technology
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v.19
no.3
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pp.1-10
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2005
The effect of rotation on the unsteady laminar flaw past a circular cylinder is numerically investigated in the present study. The numerical solutions for the 2D Navier-Stokes equation obtained, using two different numerical methods. One is an accurate spectral method and the other is a finite volume method(FVM). First, the flaw around a stationary circular cylinder is investigated to understand the basic phenomenon of flaw separation and bluff body wake. Next, the flow characteristics of the laminar flow, past a rotating circular cylinder, are investigated, using a FVM developed in this study. By the effect of rotation, it is seen that values of lift increase, while the values of mean drag decrease. Further, the criteria of angular velocity, at which the Karman vorteces disappear, is also determined.
This paper represents the numerical analysis on effects of radius ratio in a concentric annulus with a rotating inner cylinder. The numerical model consisted of two cylinder which inner cylinder is rotating and outer cylinder is fix, and the axial direction is used the cyclic condition because of the length for axial direction is assumed infinite. The diameter of inner cylinder is assumed 86.8mm, the numerical parameters are angular velocity and radius ratio. Also, the whole walls of numerical model have no-slip and the working fluid is used water at $20^{\circ}C$. The numerical analysis is assumed the transient state to observe the flow variations by time and the 3-D cylindrical coordinate system. The calculation grid adopted a non-constant grid for dense arrangement near the wall side of cylinder, the standard $k-{\omega}$ high Reynolds number model to consider the effect of turbulence flow and wall, the fully implicit method for time term and the quick scheme for momentum equation. The numerical method is compared with the experimental results by Wereley and Lueptow, and the results are very good agreement. As the results, TVF isn't appeared when Re is small because of the initial flow instability is disappear by effect of the centrifugal force and viscosity. The vortex size is from 0.8 to 1.1 for TVF at various $\eta$, and the traveling distance for wavy vortex have the critical traveling distance for each case.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.35
no.5
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pp.481-486
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2011
It is important to predict the behavior of a liquid film around a rotating cylinder in the film coating process of the steel industry. When the cylinder rotates, the behavior of the liquid film on the rotating cylinder surface is influenced by the cylinder diameter, the rotation speed, the gravitational force, and the fluid properties. These parameters determine the liquid film thickness and the rise of the film on the cylinder surface. In the present study, the two-phase interfacial flow of the liquid film on the rotating cylinder were numerically investigated by using a VOF method. For various rotation speeds, cylinder diameters and fluid viscosities, the behavior of liquid film on the rotating cylinder were predicted. Thicker film around the rotating cylinder was observed with an increase in the rotation speed, cylinder diameter, and fluid viscosity. The present results for the film thickness agreed well with available experimental and analytical results.
A numerical investigation has been made for flows in an axisymmetric circular cylinder with a rotating cone located at the bottom of the container. The axisymmetric container is completely filled with a viscous fluid. Major parameter for the present research is the vertex angle of the cone, otherwise Reynolds number of fluid and aspect ratio of the vessel is fixed. Main interest is in vortex breakdown of meridional circulation by rotation of the cone with respect to the longitudinal axis of the cylinder. The method to this problem is numerically to integrate momentum and continuity equations on a generalized body fitted grid system. The pattern of vortex breakdown is quite different from that in a right circular cylinder with flat end wall disks. Flow visualization photographs of a preceeding work are compared with the present numerical results.
This paper reports simulation and evaluation of the magnetic flux density (MFD) of a rotating Halbach magnet (RHM) composed of a rotating inner Halbach cylinder (HC) and a fixed outer HC. We first chose the dimension of a single HC, then determined the dimensions of an inner and outer HC to get MFD = 2 T. Simulation results were used to guide fabrication of an RHM; its magnetic field in the central axis direction agreed well with simulated values.
In this study, we consider the characteristics of channel flow in the presence of an infinite streamwise array of equispaced identical rotating circular cylinders. This flow configuration can be regarded as a model representing a micro channel or an internal heat exchanger with cylindrical vortex generators. A numerical parametric study has been carried out by varying Reynolds number based on the bulk mean velocity and the cylinder diameter, and the gap between the cylinders and the channel wall for some selected angular speeds. An immersed boundary method was employed to facilitate implementing the cylinders on a Cartesian grid system. No-slip condition is employed at all solid boundaries including the cylinders, and the flow is assumed to be periodic in the streamwise direction. The presence of the rotating circular cylinders arranged periodically in the streamwise direction causes a significant topological change of the flow, leading to increase of mean friction on the channel walls. More quantitative results as well as qualitative physical explanations are presented to justify the effectiveness of rotating cylinders to modify flow topology, which might be used to enhance heat transfer on the channel walls.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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