There are no absolutely smooth surface conditions in mechanical engineering. Nevertheless, most studies on rotor–stator cavities assume smooth walls. To accurately reflect the effect of rotor surface roughness on disk cavity flow and heat transfer within a certain parameter range. In this study, we numerically investigate the rotor–stator cavity with rotor surface roughness at different axial gap ratios. The numerical simulation is verified by experiments to ensure its high accuracy. It is worth mentioning that the investigated axial gap ratio ranges from 0.05 to 0.2. This covers the vast majority of rotor–stator cavities, so our results have a high degree of applicability. Furthermore, our investigation of the effects of roughness includes not only the basic flow characteristics of the disk cavity (velocity, pressure, and temperature) but also a specific refinement of some important parameters of the cavity. In particular, for the core swirl ratio and the average Nusselt number, we fit the prediction equation with a roughness term, which makes our predictions more realistic. The results show that the effect of the surface roughness of the rotor is drastic for the flow in disk cavities with small axial gap ratios. The specific effects can be summarized as a reduction in the radial extent of the central core at high radius and the degree of perturbation of the flow at low radius. To this end, we quantify the effect of roughness on the velocity and pressure in the disk cavity. It turns out that the roughness of the rotor leads to an overall increase in pressure and velocity in the disk cavity, and the smaller gap ratio, the greater the increase in pressure. For axial gap ratio is 0.05 and equivalent roughness is 192.03 μm, the average total pressure increase in the disk cavity reaches 17.97 %. For the core swirl ratio, the most important aerodynamic parameter in the disk cavity, we fit the prediction equation with a roughness term so that the deviation from the calculated results is within 8 %. The surface temperatures of the rotor and stator increase and then decrease overall along the flow direction. The roughness causes a temperature drop on the rotor surface and a temperature rise on the stator surface. In addition, the roughness of the rotor surface improves the local heat transfer and causes the area with low heat transfer to be shifted upwards. A roughness term is added to the average Nusselt number prediction equation to achieve better agreement with the calculated results. Based on the results of our study, more accurate predictions are made for the unavoidable wall roughness of disk cavities in actual operation. These results can serve as a reference for the designers of machines with rotor–stator cavity structure.

Abstract Marine heatwaves (MHWs) have become longer and more frequent over the past century under anthropogenic climate change, with devastating impacts on marine ecosystems. Surface MHWs (SMHWs) and their drivers have been extensively studied using satellite sea surface temperature data, yet the mechanism and characteristics of subsurface MHWs, especially bottom MHWs (BMHWs) along continental shelves, remain unclear. Based on a high-resolution ocean reanalysis dataset, we compare SMHWs and BMHWs along the continental shelf of China and find that BMHWs are typically longer (0–16 d) and more intense (0 °C–50 °C days) than SMHWs. The categorizing of both the BMHW and SMHW shows that moderate and strong events commonly occur in most areas with relatively large spatial coverage, whereas severe and extreme events occur with relatively small spatial coverage. There is a clear negative relationship between the BMHW intensity and ocean depth along the continental shelf, while the BMHW annual days and ocean depth are positively correlated in the Bohai and East China Seas. Generally, BMHWs and SMHWs occur more frequently in shallow coastal regions where the mixed layer depth is more likely to extend to the seafloor, resulting in high BMHW and SMHW synchrony. In addition to spatial coherence, there is a good temporal correspondence between BMHWs and SMHWs across the continental shelf of China from 1993 to 2020.

Wall roughness in centrifugal pump side chambers significantly affects flow behavior and overall pump performance, yet current research in this area is limited. This study investigates the effects of rough rotor, rough stator, and rough rotor–stator on side chamber flow using numerical simulations and experimental validation. A simplified model is proposed to reduce computational costs, and its accuracy is verified by comparison with a typical centrifugal pump. Using the entropy generation method, the local energy loss and macroscopic fluctuations due to roughness are analyzed. The results show that the effect of rotor roughness plays a dominant role, while the effect of stator face roughness is relatively small. The roughness of the pump chamber walls leads to an increase in centrifugal pump head and a decrease in efficiency. The maximum increase in the centrifugal pump head reaches 1.66% and the maximum decrease in efficiency reaches 1.51% in the studied range. These findings indicate that wall roughness is a key factor in flow losses and potential system instability, with the simplified model offering quick and accurate predictions.

Air–sea interaction remains one of the most dynamic and influential components of the Earth’s climate system, significantly shaping the variability and predictability of both weather and climate [...]