Periodic fluid transients in rectangular ducts with transverse magnetic fields,II

Summary This paper treats periodic fluid transients in liquid metals contained in constant-area rectangular ducts with uniform, transverse, applied magnetic fields and with insulating walls parallel to the magnetic field and perfectly conducting walls perpendicular to it. The magnetic Reynolds and Mach numbers are assumed to be small, and the Reynolds number is assumed to be large. First, asymptotic solutions are obtained for small values of the interaction parameter and then approximate solutions are obtained for arbitrary values of the interaction parameter using a Galerkin method with modified Fourier series.

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Résumé Cet article traite des ondes de compression périodiques dans un métal liquide contenu dans une conduite rectangulaire à section rectangulaire constante, à laquelle un champ magnétique transverse et uniforme est appliqué et dont deux parois sont isolantes et parallèles au champ magnétique, les deux autres étant parfaitement conductrices. On admet que le nombre magnétique de Reynolds et le nombre de Mach sont petits et que le nombre de Reynolds est grand. Quand le nombre d'intéraction est petit, les solutions seront asymptotiques et quand le nombre d'intéraction est arbitrarire, on trouvera les solutions approximatives par la méthode de Galerkin avec les series modifiées de Fourier.

     

Solitary fluid transients in rectangular ducts with transverse magnetic fields,II

Summary This paper treats a fluid hammer wave which is propagating into a fully devloped MHD duct flow. The wave is produced by suddenly closing a valve at some cross section of a rectangular duct with a uniform, transverse, applied magnetic field, with perfectly conducting walls parallel to the field and with either insulating or perfectly conducting walls perpendicular to the field. The Mach and magnetic Reynolds numbers are assumed to be small, while the Hartmann number is assumed to be large. The jump in velocity and pressure across the wave decreases exponentially in time. The fully developed flow ahead of the wave is undisturbed, and solutions for the velocity and pressure between the valve and the wave are presented.

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Résumé Cet article traite de l'onde de choc produite par la fermeture subite d'une vanne et qui se propage dans un fluide conducteur d'électricité s'écoulant dans une conduite de section rectangulaire à laquelle est appliquée un champ magnétique transversal et homogène. Deux parois de la conduite sont parfaitement conductrices et parallèles au champ magnétique, les deux autres étant parfaitement conductrices ou isolantes. On admet que le nombre de Mach et le nombre magnétique de Reynolds sont petits et que le nombre de Hartmann est grand. Les changements de la vitesse et de la pression à travers l'onde diminuent exponentiellement à temps. L'écoulement à la tête de l'onde n'est pas perturbée. Des solutions pour la vitesse et la pression entre la vanne et l'onde sont presentées.

     

Solitary fluid transients in rectangular ducts with transverse magnetic fields

Summary This paper treats a fluid hammer wave which is propagating into a fully developed MHD duct flow and which is produced by suddenly closing a valve at some cross section of a rectangular, insulating duct with a uniform transverse, applied magnetic field. The Mach and magnetic Reynolds numbers are assumed to be small, while the Hartmann number is assumed to be large. For a small interaction parameter, the electromagnetic effects on the fluid hammer wave are small and consist of both dispersion and dissipation. The dispersion is cumulative and becomes larger for large time, while the dissipation remains small for all time.Résumé Cet article traite de l'onde de choc produite par la fermeture subite d'une vanne et qui se propage dans un fluide conducteur d'electricité s'écoulant dans une conduite isolante de section rectangulaire à laquelle est appliqué un champ magnétique transversal et homogène. On admet que le nombre de Reynold magné tique et le nombre de Mach sont petits, alors que le nombre de Hartmann est grand. Pour des faibles valeurs du paramètre d'interaction, les effets électromagnétiques sur l'onde de choc sont petits et comprennent une dispersion et une dissipation. La dispersion est cummulative et augmente avec le temps, alors que la dissipation reste toujours petite.     

Magnetohydrodynamic flow in a rectangular channel at high Hartmann number

Résumé Dans cette communication, nous considérons le flux permanent d'un fluide visqueux et conducteur le long d'un canal, en présence d'un champ magnétique qui est uniforme et transverse. Le canal est rectangulaire et a des parois non-conductrices. Les formules asymptotiques, applicables aux valeurs élevées du nombre de Hartmann, sont obtenues pour la vitesse et le champ magnétique. Elles coïncident avec les résultats deSherciff, qui a fait usage de la théorie de la couche limite. La vitesse moyenne et le frottement de peau sont trouvés.     

Periodic fluid transients in rectangular ducts with transverse magnetic fields III

Summary This paper treats periodic fluid transients in a liquid metal contained in a constant-area, perfectly conducting rectangular duct with a uniform magnetic field applied perpendicular to one pair of the duct's walls. The Mach numberM is assumed to be small and viscous effects are assumed to be negligible. A previous paper treated this problem with the additional assumption that the magnetic Reynolds numberR _m is much smaller thanM, which excluded the Alfvén wave mechanism. On the other hand, ifR _m is much larger thanM, then the transients are the well-known Alfvén waves in an incompressible fluid. The present paper treats the case between these two extremes withR _m=M, where is an arbitrary constant. For this case there are three classes of wave modes: one class of Alfvén waves which involve no disturbances to the fluid pressure and two classes of waves which involve a coupling of the acoustic and Alfvén wave mechanisms. Dispersion relations are presented for all three classes.

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Résumé Cet article traite d'ondes de compression périodiques d'un métal liquide contenu dans une conduite rectangulaire à section droite constante et avec des parois parfaitement conductrices. On applique un champ magnétique homogène et qui est perpendiculaire à deux parois. On admet que le nombre de Mach,M, est petit et que la viscosité est negligeable. Dans un article précédent ce probléme a été traité avec l'hypothèse que le nombre magnétique de Reynolds,R _m, est plus petit queM. Dans ce cas, il n'y a pas d'ondes d'Alfvén et on trouve les deux types d'ondes acoustiques. Si l'on admet queR _m est plus grande queM, on ne trouve que des ondes d'Alfvén. Le présent article traite le cas intermédiaire. On admet queR _m=M et que est une constante arbitraire. On trouve les trois types d'ondes. Pour le premier type d'ondes, il n'y a pas de perturbation de la pression. Pour les deux autres, les mécanismes des ondes acoustiques et des ondes d'Alfvén sont couplés. On détermine les équations de dispersion pour les trois types d'ondes.

     

Propagation of cylindrical blast waves in magneto-gas dynamics

Résumé Nous obtenons, dans cet article, des solutions sous forme finie, pour une explosion en ligne dans un milieu ou la pression, la densité et le champ magnétique axial sont des constantes. La surface de choc, cylindrique, se déplace vers l'extérieur, a travers le gaz au repos, et l'énergie totale de l'onde n'est pas constante, mais varie lentement avec le temps.     

Asymptotic theory of heat transfer in two dimensional turbulent boundary layers

Résumé On étudie le transfert de chaleur dans la couche limite plane d'un fluide incompressible, lorsque le nombre de Reynolds est grand. On suppose que le nombre de Prandtl laminaire est de l'ordre de l'unité. L'analyse est basée sur le système sous-déterminé d'équations et sur l'idée que l'écoulement dans la couche limite est divisible en deux régions. La méthode employéc est une combinaison de développements asymptotiques et d'hypothèses asymptotiques qui décrit les forces dominantes et le mécanisme de transfert d'énergie. Comme ces hypothèses ne sont pas les hypothèses finies, elles n'imposent aucune relation entre les quantités déterminées par l'écoulement moyen et celles déterminées par les termes de Reynolds. L'analyse actuelle conduit aux lois pour le profil de température qui correspondent aux loi de la répartition de la température près de la paroi, loi logarithmique et loi de manque de température.     

A note on plane nonlinear creep of free boundaries

Résumé On montre que la déformation plane et quasi-statique d'un corps incompressible qui est non-linéairement visqueux du second ordre, et dont les frontières sont soumises aux tractions données, ne peut être distinguée de celle d'un corps fluide, ayant les mêmes frontières et les mêmes tractions prescrites, qui est linéairement visqueux et incompressible. Ainsi, les solutions données préalablement (Berg, 1964) pour le fluage plan des frontières libres de tractions s'appliquent également au fluage plan et nonlinéaire du second ordre des frontières libres de tractions. Cela signifie en particulier que dans le fluage plan les effets visqueux du second ordre ne peuvent pas donner lieu à l'irréversibilité cinématique de la déformation d'une surface libre. Les résultats des effets du second ordre sont quelque peu étendus pour montrer que dans le cas le plus général d'un fluide non-linéaire et incompressible les problèmes de fluage plan peuvent se simplifier si l'on incorpore dans le champ de pression une partie des contraintes non-linéairement visqueuses.     

Boundary layer growth on a magnetised circular cylinder

Résumé Dans le problème considéré, un cylindre parfaitement conducteur et magnetisé est mis en mouvement par impulsion dans un fluide visqueux incompressible et non-conducteur. On suppose de même qu'il y a un champ uniforme et magnétique imposé sur tout le champ d'écoulement. On demontre que la force du champ uniforme et magnétique et l'amplitude du champ normal initial à la surface solide jouent un rôle important dans la croissance de la couche limite sur le cylindre.     

A boundary-layer in a non-newtonian fluid

Résumé Dans ce mémoire, on examine l'effet d'une variation de viscosité avec la vitesse de déformation dans une couche limite à deux dimensions. Pour des raisons mathématiques traitables, l'exemple que l'on étudie en détail est celui dans lequel le coéfficient de viscosité est une fonction linéaire de la vitesse de déformation et la vélocité du courant principal est en proportion, du tiers de la puissance de distance mesurée d'un point de stagnation. On peut noter que quelques-uns des résultats qui se trouvent ici sont qualitativement les mêmes que ceux qui se trouvent quand on tient compte de la compressibilité du fluide.     

Laminar flow through parallel and uniformly porous walls of different permeability

Résumé Le problème de l'écoulement constant d'un liquide visqueux laminaire incompressible à travers un conduit à deux dimensions, le liquide étant aspiré ou injecté à travers ses parois uniformément poreuses, est généralisé dans le cas où les vitesses le long des parois sont différentes. L'écoulement qui s'ensuit satisfait une équation différentielle non linéaire ordinaire d'un nombre Reynolds d'absorbtion, et cette équation est résolue par la technique de perturbation. Cette équation différentielle est également résolue par le calcul, et l'on vérifie l'exactitude de la solution de série. Des expressions générales pour les distributions de vitesse, les coefficients de pression et la friction de surfaces sont données au moyen du nombre Reynolds. Le graphique de friction des surfaces indique que l'écoulement à travers un conduit ayant des parois poreuses de perméabilité inégale est régulier et stable comme dans le cas d'un écoulement symétrique.     

Secondary flow of non-Newtonian liquids between eccentric cylinders in relative motion

Résumé On fait une analyse de l'écoulement de certains liquides non-newtoniens dans des tuyaux cylindriques qui contiennent des noyaux cylindriques parallèles se mouvant longitudinalement avec une vitesse constante. Les liquides sont tels qu'un écoulement purement rectiligne n'est pas toujours possible. On donne des calculs explicites pour le cas des cylindres excentriques qui servent de limites rigides. On fait constater que l'on peut avoir un écoulement soutenu qui est fondamentalement un écoulement rectiligne parallèle aux axes des cylindres sur lesquels se superposent deux écoulements de tourbillon dans des plans qui sont normaux par rapport à l'axe des cylindres. On trouve aussi que le noyau éprouve une résultante transverse, quantité qui varie selon la position du noyau.     

Oblique magnetohydrodynamic shock wave decay

Summary A modified hodograph transformation is used to obtain an exact solution of the equations governing the one-dimensional unsteady flow of an ideal, inviscid, perfectly conducting compressible fluid, subjected to an oblique magnetic field. This solution is used to obtain an approximate representation of the path of an initially uniform shock wave which intersects a centered simple wave. The solutions for the corresponding problems in the conventional, non-magnetic case and for a transverse orientation of the applied magnetic field are contained as special limiting cases of the solutions of the present paper. This provides a valuable check on the theory.

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Résumé Une transformation hodographe modifiée est employée pour obtenir une solution exacte des équations relatives aux écoulements unidimensionnels non-stationnaires et non-isentropiques d'un fluide non visqueux idéal, parfaitement conducteur d'électricité et compressible, soumis à l'action d'un champ magnétique oblique avec deux composantes différentes de zero. On utilise cette solution pour obtenir une représentation approximative de la trajectoire d'une onde de choc magnétohydrodynamique initialement uniforme, rencontrant une onde simple centrée. Les solutions pour le cas non magnétique et pour un champ transversal apparaissent comme des cas limites particuliers de la solution présentée ici, c'est là une confirmation de la validité de la theorie.

     

Harmonic generation in an electromagnetic wave

A plane electromagnetic wave is propagated in a non-linear non-dissipative isotropic dielectric. A method is given for the calculation of the change in the amplitudes and phases of harmonics of all orders, as the wave progresses, for any specified dependence of the dielectric constant on the magnitude of the electric field and for any initial wave form. The calculations are valid provided the distance of travel is sufficiently small that shocks are not formed. The formulae for the amplitudes and phases of the various harmonics take a particularly simple form when the initial wave-form is sinusoidal and the non-linearity of the dielectric is not too great.The results are compared with those obtained by the usual methods of calculation which assume that only harmonics of very low order are generated. The discrepancy in the amplitudes of these low order harmonics, calculated by the two methods is, for most practical purposes, insignificant.

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Résumé Nous discutons la propagation d'une onde électromagnétique plane dans un milieu diélectrique, non-linéaire, non-dissipatif et isotrope. Nous donnons une méthode pour le calcul du changement des amplitudes et des phases des harmoniques d'ordres variés. Les calculs sont valides sous la condition que la distance parcourue par l'onde n'est pas assez grande pour le développement d'un choc. Nous faisons la comparaison entre nos résultats et ceux qui sont obtenus par les méthodes usuelles dans lesquelles on fait l'hypothèse que seulement les harmoniques de petits ordres sont produites. Les différences entre les amplitudes des harmoniques de petits ordres, calculées par les deux méthodes, ne sont pas importantes du point de vue pratique. D'autre part, notre méthode est valable pour le calcul des amplitudes et des phases des harmoniques de tous les ordres pour une onde d'une forme quelconque.

     

Magnetohydrodynamic free convection in a strong cross-field

Résumé On étudie le courant de convection MHD, montant le long d'une plaque verticale chauffée en présence d'un puissant champ magnétique transversal. La température et la rapidité sont données par un problème particulier de perturbation, et le courant est tout à fait différent, même avec une conductivité fluide minime du courant non magnétisé correspondant. La première partie de ce travail a trait aux effets de la dissipation ohmique; dans la seconde, on néglige la dissipation pour étudier de plus près le courant vertical à température linéaire, y compris l'effet de succion ou d'injection uniforme.     

Antisymmetric problems in shock diffraction theory

Various aspects of the diffraction of plane shock waves by moving antisymmetric thin bodies are examined. A method is presented for removing the inhomogeneity in the shock condition. This is done without knowledge of the explicit form of the solution, and is applicable to both symmetric and antisymmetric problems. With this reduction, explicit solutions have been previously obtained for symmetric bodies. For the antisymmetric case, the problem has been previously reduced to a complicated set of integrodifferential equations. In the cases where the flow field exhibits conical properties or when the body is slender, solutions may be obtained without recourse to solving the governing integral equations. In this paper it is shown that two-dimensional conical solutions are obtainable for moving antisymmetric wings only in the restricted case of the wing Mach numbers relative to the stream ahead of and behind the shock being the same. An analytical solution is presented for the above problem. In the case of slender bodies, it is shown that the classical steady slender body theory may be extended to shock diffraction problems and again analytical solutions are presented. It is shown that for general slender bodies, the lift and moment coefficients, and therefore the center of lift is influenced by the shock wave only through the Mach number change across the shock. Results are presented for the pressure distribution on the body, the lift and moment coefficients, and the center of lift for various slender body configurations at angle of attack.

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Résumé Les différents aspects de la diffraction des ondes de choc par les corps antisymétriques en mouvement sont examinés. Une méthode pour éliminer l'inhomogénéité dans la condition de choc, sans avoir recours à la forme explicite de la solution est présentée. Cette méthode peut être utilisée pour l'étude des problèmes symétriques aussi bien qu'antisymétriques. A l'aide de cette réduction, des solutions explicites ont été obtenues précédemment pour les corps symétriques. Dans les cas antisymétriques, il est connu que le problème peut être réduit à la résolution d'un système d'équations intégro-différentielles assez compliquées. Dans le cas où le champ d'écoulement possède certaines propriétés coniques, ou quand le corps est mince, on obtient des solutions sans reoudre les équations intégrales associées. Dans cet article il est démontré que des solutions coniques bi-dimensionnelles peuvent être obtenues pour des mouvements des ailes antisymétriques seulement dans le cas restrictif ou le nombre de Mach de l'aile relatif au courant en amont ainsi qu'en aval du choc est le même. Dans le cas des corps minces il est montré que la théorie classique pour les corps minces en équilibre peut être étendue aux problèmes de diffraction des chocs et on obtient des expressions analytiques pour la représentation des solutions. En outre, il est montré que pour des corps minces en général le coefficient de la portance et le coefficient du moment et, par conséquent, le centre de portance sont influencés uniquement par le changement du nombre de Mach causé par le choc. On obtient ainsi des résultats relatifs à la distribution de la pression sur le corps, le coefficient de la portance, le coefficient du moment et le centre de portance pour différentes configurations des corps minces avec un angle d'attaque.

     

Effects of a magnetic field on streamlines in Bénard convection cells induced by surface tension and buoyancy

Résumé En complément des résultats théoriques [2] déjà obtenus sur les lignes de courant dues à la tension superficielle et à la convection thermique dans les cellules de convection deBénard, on considère un liquide conducteur de l'électricité, en présence d'un champ magnétique vertical. On présente des résultats numériques. Outre les effets signalés dans [1] on a trouvé les effets suivants qui résultent de la présence du champ magnétique: (i) Dans les cellules dues à la convection le groupement des lignes de courant est plus symétrique par rapport au milieu du liquide, que lorsqu'il n'y a pas de champ magnétique. (ii) Dans les cellules dues à la tension superficielle les lignes de courant sont plus resserrées près de la surface supérieure que près de la surface inférieure. (iii) En général les lignes de courant dépendent de la condition thermique à la surface supérieure. Lorsque cette surface est conductrice de la chaleur, la transition du mode de la tension superficielle au mode de la convection est discontinue pour un champ magnétique assez intense.     

The solutions to a class of magnetohydrodynamic flows with orthogonal magnetic and velocity field distributions

Résumé On donne ici la série complète des solutions pour les écoulements magnéto-hydrodynamiques permanents bidimensionnels d'un fluide incompressible, non-visqueux et nonconducteur de la chaleur ayant une conductivité électrique infinie lorsque le champ magnétique et le champ de vitesse sont partout orthogonaux.     

The motion of incompressible fluids with electrical resistivity past thin airfoils in oblique fields

Résumé Le problème de l'écoulement des fluides à résistivité électrique en présence d'un profil mince, dans le cas des champs obliques, est réduit à la résolution d'une équation intégrale du type Fredholm. L'équation peut être résolue à l'aide de la méthode des approximations successives. Dans le cas des champs alignés et dans celui des champs perpendiculaires, lorsque pourR (nombre magnétique de Reynolds) nous considérons des valeurs petites, les équations se résolvent de façon explicite et exacte. On détermine la portance dans le cas d'une plaque et on montre la manière dont la portance décroit à mesure queR augmente. On montre également que dans le cas des champs orthogonaux, la portance est plus petite que dans celui des champs alignés. De la solution générale on obtient, comme cas particulier, la solution de l'aérodynamique classique ainsi que la solution du cas du fluide à résistivité négligeable.     

Exact solutions of the unsteady two-dimensional Navier-Stokes equations

This paper studies the two-dimensional incompressible viscous flow in which the local vorticity is proportional to the stream function perturbed by a uniform stream. It was known by Taylor and Kovasznay that the Navier-Stokes equations for flow of this kind become linear. From the general solution to the linear equations for steady flow, we show that there exist only two types of steady flow of this kind: Kovasznay downstream flow of a two-dimensional grid and Lin and Tobak reversed flow about a flat plate with suction. In the unsteady flow case, new classes of exact analytical solutions are found which include Taylor vortex array solution as a special case. It is shown that these unsteady flows are, as viewed from a frame of reference moving with the undisturbed uniform stream, pseudo-steady in the sense that the flow pattern is steady but the magnitude of motion decays, or grows, exponentially in time. All these solutions are valid for any Reynolds number.

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Résumé Dans ce travail nous étudions l'écoulement plan d'un fluide visqueux incompressible dans lequel la rotation locale est proportioneile à la fonction de courant perturbée par un courant uniforme. Conformément aux travaux de Taylor et Kovasznay les équations de Navier-Stokes pour cet écoulement deviennent linéaires. Par conséquent nous utilisons la solution générale pour démontrer que seulement deux catégories d'écoulement stationnaire peuvent exister: l'écoulement de Kovasznay en aval d'une grille plane, et l'écoulement inversé de Lin et Tobak pour une plaque plane avec aspiration. Nous étudions aussi l'écoulement non stationnaire et nous découvrons des classes nouvelles de solutions exactes qui contiennent, en particulier, le réseau de tourbillons de Taylor. Enfin nous démontrons que ces écoulements sont pseudo-stationnaires dans un système de coordonnées en mouvement avec le courant uniforme non perturbé; ce qui signifie que l'amplitude de l'écoulement stationnaire croit ou décroit exponentiellment dans le temps. Toutes ces solutions sont valides pour tous les nombres de Reynolds.

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On leave from University of Waterloo, Ontario, Canada.