Peter Childs, FREng, is the Professorial Lead in Engineering Design and Innovation Design Engineering. He is Professor at Large, Co-Director of the Energy Futures Lab, and was Founding Head of the Dyson School of Design Engineering at Imperial College London. His general interests include creativity, innovation, design, fluid flow and heat transfer, energy and robotics. Prior to his current post at Imperial, he was director of the Rolls-Royce supported University Technology Centre for Aero-Thermal Systems, director of InQbate and professor at the University of Sussex. He has contributed to over 200 refereed journal and conference papers, and several books including the Handbook on Mechanical Design Engineering (Elsevier, 2013, 2019) as well as temperature measurements and rotating flow. He has been principal or co-investigator on contracts totaling over £100 million. He is Editor of the Journal of Power and Energy, Professor of Excellence at MD-H, Berlin, and Chairperson at BladeBUG Ltd and Founder Director and Chairperson at QBot Ltd.
Rotating flow is critically important across a wide range of scientific, engineering and product applications, providing design and modeling capability for diverse products such as jet engines, pumps and vacuum cleaners, as well as geophysical flows.Developed over the course of 20 years' research into rotating fluids and associated heat transfer at the University of Sussex Thermo-Fluid Mechanics Research Centre (TFMRC), Rotating Flow is an indispensable reference and resource for all those working within the gas turbine and rotating machinery industries.Traditional fluid and flow dynamics titles offer the essential background but generally include very sparse coverage of rotating flows-which is where this book comes in. Beginning with an accessible introduction to rotating flow, recognized expert Peter Childs takes you through fundamental equations, vorticity and vortices, rotating disc flow, flow around rotating cylinders and flow in rotating cavities, with an introduction to atmospheric and oceanic circulations included to help deepen understanding.Whilst competing resources are weighed down with complex mathematics, this book focuses on the essential equations and provides full workings to take readers step-by-step through the theory so they can concentrate on the practical applications. - A detailed yet accessible introduction to rotating flows, illustrating the differences between flows where rotation is significant and highlighting the non-intuitive nature of rotating flow fields- Written by world-leading authority on rotating flow, Peter Childs, making this a unique and authoritative work- Covers the essential theory behind engineering applications such as rotating discs, cylinders, and cavities, with natural phenomena such as atmospheric and oceanic flows used to explain underlying principles- Provides a rigorous, fully worked mathematical account of rotating flows whilst also including numerous practical examples in daily life to highlight the relevance and prevalence of different flow types- Concise summaries of the results of important research and lists of references included to direct readers to significant further resources
Cover 1
Rotating Flow 2
Copyright 5
Foreword 6
Contents 8
Preface 12
About the Author 16
Notation and Units 18
Chapter 1. Introduction to Rotating Flow 26
1.1. Introduction 26
1.2. Geometric Configurations 28
1.3. Geophysical Flow 32
1.4. Conclusions 39
References 40
Chapter 2. Laws of Motion 42
2.1. Introduction 42
2.2. Navier-Stokes Equations 44
2.3. Continuity Equation 56
2.4. Solution of the Governing Equations of Fluid Mechanics 58
2.5. Equations of Motion in a Rotating Coordinate System 58
2.6. Dimensional Analysis and Similarity 63
2.7. Conclusions 76
References 76
Chapter 3. Vorticity and Rotation 78
3.1. Introduction 78
3.2. Vortex Flow 83
3.3. Taylor-Proudman Theorem 100
3.4. Conclusions 103
References 103
Chapter 4. Introduction to Rotating Disc Systems 106
4.1. Introduction 106
4.2. The Free Disc 108
4.3. A Rotating Fluid above a Stationary Disc 122
4.4. Turbulent Flow over a Single Disc 127
4.5. Impinging Flow on a Rotating Disc 148
4.6. Conclusions 150
References 151
Chapter 5. Rotor-Stator Disc Cavity Flow 152
5.1. Introduction 152
5.2. Enclosed Rotor-Stator Disc Systems 155
5.3. Inviscid Equations of M 163
5.4. Rotor-Stator with Radial Outflow 164
5.5. Rotor-Stator with Radial Inflow 173
5.6. Rotor-Stator with Stationary Shroud and Radial Outflow 177
5.7. Rotor-Stator with Stationary Shroud and External Flow 183
5.8. Static and Rotating Protrusions 190
5.9. Thrust on a Disc 193
5.10. Conclusions 197
References 197
Chapter 6. Rotating Cylinders, Annuli, and Spheres 202
6.1. Introduction 202
6.2. Rotating Cylinder Flow 204
6.3. Rotating Couette Flow 210
6.4. Flow Instabilities and Taylor Vortex Flow 218
6.5. Journal Bearings 228
6.6. Rotating Cylinders and Spheres with Cross-flow 261
6.7. Conclusions 269
References 269
Chapter 7. Rotating Cavities 274
7.1. Introduction 274
7.2. Boundary Layer Approximation for Rotating Cavity Flows 285
7.3. Linear Ekman Layer Equations 290
7.4. Integral Equations 296
7.5. Modeling of Selected Rotating Cavity Applications 300
7.6. Conclusions 320
References 321
Chapter 8. Atmospheric and Oceanic Circulations 324
8.1. Introduction 324
8.2. Atmospheric Circulation 347
8.3. Pressure Systems and Fronts 360
8.4. Intense Atmospheric Vortices 376
8.5. Oceanic Circulation 384
8.6. Conclusions 390
References 390
Appendix A: Properties of Air 392
Appendix B: The Vector Cross Product 398
Appendix C: Glossary 402
Index 408
Erscheint lt. Verlag | 29.10.2010 |
---|---|
Sprache | englisch |
Themenwelt | Naturwissenschaften ► Physik / Astronomie ► Strömungsmechanik |
Technik ► Bauwesen | |
Technik ► Luft- / Raumfahrttechnik | |
Technik ► Maschinenbau | |
Wirtschaft ► Betriebswirtschaft / Management ► Logistik / Produktion | |
ISBN-10 | 0-12-382099-5 / 0123820995 |
ISBN-13 | 978-0-12-382099-0 / 9780123820990 |
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Größe: 23,0 MB
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