This experimental study concerns the characteristics of a helical flow in a concentric annulus with a diameter ratio of 0.52, whose outer cylinder is stationary and inner one is rotating. The pressure losses and skin friction coefficients have been measured for the fully developed flow of Non-Newtonian fluid, aqueous solution of sodium carbomethyl cellulose (CMC) and bentonite with inner cylinder rotational speed of 0~400 prm. Also, the visualization of helical flows has been performed to observe the unstable waves. The results of present study reveal the relation of the 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 pressure losses increase as the rotational speed increases, but the gradient of pressure losses decreases as the Reynolds number increases in the regime of transition and turbulence. And the increase of flow disturbance by Taylor vortex in a concentric annulus with rotating inner cylinder results in the decrease of the critical Reynolds number with the increase of skin friction coefficient.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.19
no.7
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pp.1749-1757
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1995
The structure of turbulence of fully developed flow through three concentric annuli with both rough inner and outer walls was investigated experimentally for Reynolds number range Re=15000-93000. Turbulence intensities were measured in three (u, v, w) directions, and turbulence shear stresses in annuli of radius ratios .alpha.= 0.26, 0.4 and 0.56, respectively. The result showed that the structure of turbulence for these asymmetric flows was not the same as that for the annulus with smooth walls. The velocity fluctuations of all three components (u, v, and w-directions) showed little discernible variation with Reynolds numbers, but became apparent with the influence of radius ratio (.alpha.) The experimental results for an annulus with the roughened outer wall and a smooth annulus were shown in the figures as a reference. The eddy diffusivities and friction factors were also presented and discussed.
Natural convection in the annulus between concentric inclined cylinders has been studied by the numerical analysis. Governing equations are numerically solved by means of successive over-relaxation methods for a range in orientation from horizontal to vertical. It is found that flow patterns can also be observed the co-axial double spiral. As the angle of inclination is increased, the center of the eddy is shifted into the lower part of annulus and flow structure is apparently changed. In the present study, the maximum local Nusselt numbers for the inner and outer walls at the vertical cylinder increase more than those at the horizontal cylinder by 71%, 42% respectively. Consequently the effect of inclination on the heat transfer is considerably large.
Kim, Young-Ju;Hwang, Young-Kyu;Kwon, Hyuk-Jung;Suh, Byung-Taek;Hwang, In-Ju
Proceedings of the KSME Conference
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2001.11b
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pp.324-329
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2001
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 $0.1\sim0.4%$ aqueous solution of sodium carbomethyl cellulose (CMC), respectively at inner cylinder rotational speed of $0\sim600rpm$. 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 present results show that the skin-friction coefficients have the significant relation with the Rossby numbers, only for laminar regime. 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 coefficients due to the rotation in uniform for laminar flow regime, whereas it is suddenly reduced for transitional flow regime and, then, 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.
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.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.13
no.9
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pp.803-809
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2001
The present paper presents the experimental results of pressure drip of water flow in annuli with spirally corrugated inner tubes in the turbulent flow regime. To understand the underlying physical phenomena responsible for heat transfer enhancement, pressure drop data documented elsewhere are combined to compare with those obtained from the present experiment for the Reynolds numbers of 1,000 to 8,000. Friction factors were found to be functions of trough depth, pitch and angle, and the annulus radius ratio. Friction factor increases in the spirally fluted tubes were larger than those in the corrugated tubes.
An experimental investigation on the incipience of nucleate boiling in forced flow of water is performed as a verification and extension of previous analysis. The effects of the subcooling, Reynolds number and surface curvature on the onset of nucleate boiling(ONB) in a concentric annulus flow channel with smooth inner heating surface is investigated experimentaly. Through flow visualization, the boiling phenomenon was observed directly and the experimental results were examined to find ONB heat flux. The results show that the variation of heat flux at ONB is increased linearly as the Reynolds number and subcooling are increased. The effect of surface curvature is very great specially for a small radius when radius of the inner heating tube is increased, the heat flux at ONB is almost inversely increased for the range of this investigation. It is found that the effect of convex surface curvature on ONB heat flux is very significant for a small radius.
An experimental study is carried out to study two-phase vertically upward hydraulic transport of solid particles by water in a vertical and inclined (0${\sim}$60 degree) concentric annulus with rotation of the inner cylinder. Rheology of particulate suspensions in shear-thinning fluids is of importance in many applications such as particle removal from surfaces, transport of proppants in fractured reservoir and cleaning of drilling holes, and so on. Annular fluid velocities varied from 0.2 m/s to 1.5 m/s for the actual drilling operational condition. Macroscopic behavior of solid particles, averaged flow rate, and particle rising velocity are observed. Main parameters considered in this study were radius ratio, inner-pipe rotary speed, fluid flow regime, and particle injection rate. For both water and CMC solutions, the higher the concentration of the solid particles is, the larger the pressure gradients become
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.4
no.3
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pp.155-162
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1992
Theoritical Study is performed on heat transfer and fluid flow induced by square-ribbed roughness elements in a concentric annulus. The fluid properties were assumed to be constant, and the radius($r_m$) of the maximum speed point was found by using the principle of equation of Leung and Labib. The Nusselt number and friction factor as a function of the Reynolds number($R_e=10^4$, $5{\times}10^4$, $7{\times}10^4$, $10^5$) in artifical roughness $S/{\epsilon}=5,10,20,30$, $P/{\epsilon}=2,5,8$ and prandtl number = 0.72 have been discussed. In this study, it has been found that the Nusselt number and friction factor of rough wall are larger than those of smooth ones.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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