Heat convection from an oscillating cylinder.

(1998) Heat convection from an oscillating cylinder. PhD thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.


Download (5MB) | Preview

Arabic Abstract

في هذه الرسالة تم بحث الانتقال الحراري بالعمل من اسطوانة تهتز بشكل دوراني أو انتقالي . وشملت الدراسة كل من الحمل القسري والمزدوج من اسطوانة تهتز بشكل دوراني في انسياب مستقر أو في مائع ساكن ، وكذلك الحمل الحراري من اسطوانة تهتز رأسياً في مائع ساكن . ففي حالة الاهتزاز الدوراني في انسياب مستقر تم اكتشاف ظاهرة التزامن واثبات أن هذه الظاهرة تحدث عندما يكون تردد الاهتزازات داخل نطاق يحتوي التردد الطبيعي للدوامات من اسطوانة ساكنة في انسياب مستقر . وأثبت البحث أن كل من قوة المقاومة والرفع تزداد عند حدوث هذه الظاهرة ، وكذلك الانتقال الحراري بالحمل . أما حالة الدوران المنتظم أو المتذبذب للأسطوانة في مائع ساكن أثبتت الدراسة أنه في حالة الدوران المنتظم ينقص الحمل الحراري كلما زادت سرعة الدوران بينما في حالة الاسطوانة المتذبذبة فيتأرجح الحمل الحراري حول قيمة متوسطة تقع بين قيمة الحمل الحراري الحر من اسطوانة ساكنة وبين الحمل الحراري من اسطوانة تدور بانتظام بنفس السرعة المحيطية القصوى للاسطوانة في مائع ساكن أنه في حالة انعدام تأثير قوى الطفو يزداد الحمل الحراري بزيادة كل من سعة وتردد الاهتزازات . ولكن عندما يكون تأثير قوى الطفو قوياً تكون الزيادة في الحمل الحراري نتيجة الاهتزازات غير مؤثرة .

English Abstract

Heat convection from a horizontal cylinder performing either rotational or rectilinear oscillations is investigated. The investigation covers forced and combined convection from a rotationally oscillating cylinder placed in either a quiescent fluid or a uniform stream as well as combined convection from cylinders performing rectilinear oscillation. For each of the cases considered the governing equations of motion and energy are solved numerically to determine the characteristics of the flow and thermal fields. In the case of a rotationally oscillating cylinder in a cross stream, the lock-on phenomenon has been predicted and its effect on the flow and hermal fields has been determined. The results show that the lock-on phenomenon occurs within a band of frequency near the natural frequency. The heat transfer coefficient as well as lift and drag coefficients show an increase within the lock-on frequency range. For a cylinder performing steady or oscillating rotary motions in a quiescent fluid, the study revealed that, for the same Rayleigh number, increasing the study rotation of the cylinder tends to decrease the rate of heat transfer. In the case of rotational oscillation, the results showed that, for the same Rayleigh number, the heat transfer rate fluctuates around an average that lies in between two limiting values. The first, belongs to natural convection from a fixed cylinder while the second is equal to the heat rate from a cylinder rotating steadily at a speed equal to the maximum speed of rotational oscillation. For a cylinder performing vertical oscillation in a quiescent fluid, the study has shown that in the absence of buoyancy effects, the oscillation causes considerable increase in heat convection as either the amplitude or the frequency increases. However, as the buoyancy driven flow becomes dominant, the natural heat convection is almost unaffected by the cylinder oscillation.

Item Type: Thesis (PhD)
Subjects: Mechanical
Department: College of Engineering and Physics > Mechanical Engineering
Committee Advisor: Badr, Maher M.
Committee Members: Said, A. S. and Zubair, Syed M. and El-Gebeily, Mohammed A.
Depositing User: Mr. Admin Admin
Date Deposited: 22 Jun 2008 13:57
Last Modified: 01 Nov 2019 13:57
URI: https://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/10141