An instability mechanism for particulate pipe flow

We present a linear stability analysis for a simple model of particle-laden pipe flow. The model consists of a continuum approximation for the particles, two-way coupled to the fluid velocity field via Stokes drag (Saffman, J. Fluid Mech., vol. 13 (01), 1962, pp. 120–128). We extend previous analysis in a channel (Klinkenberg et al., Phys. Fluids, vol. 23 (6), 2011, 064110) to allow for the initial distribution of particles to be inhomogeneous in a similar manner to Boronin (Fluid Dyn., vol. 47 (3), 2012, pp. 351–363) and in particular consider the effect of allowing the particles to be preferentially located around one radius in accordance with experimental observations. This simple modification of the problem is enough to alter the stability properties of the flow, and in particular can lead to a linear instability offering an alternative route to turbulence within this problem.

Axisymmetric stagnation-point flow and heat transfer of nanofluid impinging on a cylinder with constant wall heat flux

The steady-state, viscous flow and heat transfer of nanofluid in the vicinity of an axisymmetric stagnation point of a stationary cylinder with constant wall heat flux is investigated. The impinging free-stream is steady and with a constant strain rate, k ?. Exact solution of the Navier-Stokes equations and energy equation are derived in this problem. A reduction of these equations is obtained by use of appropriate transformations introduced in this research. The general self-similar solution is obtained when the wall heat flux of the cylinder is constant. All the previous solutions are presented for Reynolds number Re = k ?a2/2n f ranging from 0.1 to 1000, selected values of heat flux and selected values of particle fractions where a is cylinder radius and n f is kinematic viscosity of the base fluid. For all Reynolds numbers, as the particle fraction increases, the depth of diffusion of the fluid velocity field in radial direction, the depth of the diffusion of the fluid velocity field in z-direction, shear-stresses and pressure function decreases. However, the depth of diffusion of the thermal boundary-layer increases. It is clear by adding nanoparticles to the base fluid there is a significant enhancement in Nusselt number and heat transfer.

Convective layered flows of a vertically whirling viscous incompressible fluid. Velocity field investigation

Обсуждается разрешимость переопределенной системы уравнений тепловой конвекции в приближении Буссинеска. Система уравнений Обербека-Буссинеска, дополненная уравнением несжимаемости, является переопределенной. Количество уравнений превосходит количество неизвестных функций, поскольку изучаются неоднородные слоистые потоки вязкой несжимаемой жидкости (одна из компонент вектора скорости тождественно равна нулю). Проведено исследование разрешимости нелинейной системы уравнений Обербека-Буссинеска. Исследование разрешимости переопределенной системы нелинейных уравнений в частных производных Обербека-Буссинеска осуществлялось при помощи построения нескольких частных точных решений. Приведен новый класс точных решений для описания трехмерных нелинейных слоистых течений вертикальной завихренной вязкой несжимаемой жидкости. Вертикальная компонента завихренности в невращающейся жидкости генерируется неоднородным полем скоростей на нижней границе бесконечного горизонтального слоя жидкости. Конвекция в вязкой несжимаемой жидкости индуцируется линейными источниками тепла. Основное внимание уделено исследованию свойств поля скоростей течения. Исследована зависимость структуры этого поля от величины вертикальной закрутки. Показано, что одна из компонент вектора скорости при ненулевой вертикальной закрутке допускает расслоение на пять зон по толщине рассматриваемого слоя (четыре застойные точки). Анализ поля скоростей показал, что кинетическая энергия жидкости может дважды принимать нулевой значение по толщине слоя.