Potential flow in helical pipes

Summary In this paper we studied the potential flow in a helical pipe using an orthogonal system of coordinates fixed to the helical axis. The analysis was conducted both analitically by applying perturbative methods and numerically. Results show that the torsion of the helical axis has little effect on axial velocity in a torus provided with the same curvature of the helix. At the same time it induces a large secondary flow that is expected to have a relevant effect on the boundary layer on the walls of the helical pipe.

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Sommario In questo lavoro si è studiato il flusso potenziale in un tubo ad asse elicoidale per mezzo di un sistema di coordinate ortogonali fisse all'asse del tubo. Il flusso è stato studiato sia analiticamente con metodi perturbativi che numericamente. I risultati ottenuti mostrano che la torsione dell'asse elicoidale ha piccoli effetti sulla velocitá assiale, approssimativamente data da quella che si avrebbe in un toro di uguale curvatura, mentre produce forti flussi secondari nel piano normale all'asse. Questi flussi secondari possono avere un'effetto rilevante per quel che riguarda lo strato limite sulle pareti del tubo.

     

An approximate collision operator in the theory of collisional transport for quiescent magnetoplasmas

Summary A model of collision operator is presented for weakly collisional symmetric magnetoplasmas and its predictions are compared with those stemming from a variational approach. It is proven that the two methods yield for the particle and kinetic energy fluxes results which are in agreement up to terms of first order with respect to an appropriate expansion parameter which characterizes the inhomogeneities of the equilibrium magnetic field.

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Sommario Nella Nota si presenta un modello di operatore di collisione per plasmi simmetrici debolmente collisionali e le sue predizioni sono confrontate con quelle che discendono da un approccio variazionale. Si dimostra che i due metodi forniscono per i flussi di particelle ed energia cinetica risultati in accordo e ciò (almeno) fino al primo ordine in termini di uno sviluppo perturbativo in funzione di un parametro che caratterizza le inomogeneità del campo magnetico di equilibrio.

     

Numerical solution of the navier-stokes equations for a rotating fluid flow in a cylindrical pipe

Summary A numerical investigation of a viscous incompressible rotating fluid flow in a circular cylinder with a net axial flow rate is presented. The cylinder is opened at the bottom and closed at the top by an ideal porous rotating disk, through which the incoming fluid flows receiving an action of solid body rotation. This physical model has been chosen for a realistic representation of fluid direct prerotation which takes place in the suction pipe of a centrifugal pump. The flow field was solved by the direct solution of the complete Navier-Stokes equations for values of Reynolds tangential numberRe _t up to 5 000. The numerical results give a detailed and complete sight of the principal features of such kind of flow, and, compared with experimental results in the turbolence range ofRe _t. show a significant qualitative agreement. A comparison with previous numerical investigations of other authors about rotating fluids is reported.

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Sommario In questa nota si presenta uno studio numerico del moto di un fluido viscoso ed incomprimibile in un tubo cilindrico, chiuso in uscita da un disco ideale poroso rotante, che trascina e mantiene in rotazione il fluido che lo attraversa. Si è adottato il suddetto modello per rappresentare la prerotazione diretta che ha luogo nel tubo di aspirazione di una pompa centrifuga. Si è determinato il campo di velocità per via numerica attraverso la soluzione diretta delle equazioni di Navier-Stokes in forma completa fino a valori del numero di Reynolds tangenzialeRe _t pari a 5 000. I risultati numerici danno un quadro dettagliato e completo delle principali caratteristiche di tale tipo di flusso, e, confrontati con risultati sperimentali disponibili nel campo diRe _t turbolento, mostrano un significativo accordo qualitativo. Si riporta infine un confronto con i risultati di precedenti indagini numeriche sul moto di fluidi rotanti presenti in letteratura.

     

Analysis of the static and dynamic behaviour of a magnetic liquid seal

Summary A rotating shaft seal, using ferrofluid between biconical truncated magnetic poles, is analysed both in static and dynamic conditions. After solving Laplace's equation and allowing an approximate expression for the magnetic potential, the magnetic forces acting on the working fluid are obtained. It is thus possible to determine the baric field existing in static conditions and the highest tolerable pressure jump. In the case of dynamic working the flow is schematized by two interior regions, where the azimuthal velocity prevails, and four boundary layers on the walls, where meridional transport of fluid takes place. Assuming laminar motion, by means of a perturbation procedure it is possible to see that in the interior, to a first approximation, two potential vortexes exist, whose circulations, after imposing the rotational equilibrium of the fluid about the symmetry axis, are found to be equal to about one half of the rotating pole peripheral circulation. This allows the determination of the baric field in the rotating fluid and of the friction moment exerted on the shaft.

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Sommario Si analizza il funzionamento in condizioni statiche e dinamiche di una tenuta ferrofluidica con poli a troncatura biconica. Risolta l'equazione di Laplace ed assegnata un'espressione approssimata al potenziale magnetico, vengono calcolate le forze magnetiche agenti sul fluido di lavoro. Ciò consente la determinazione immediata del campo barico esistente in condizioni statiche e del dislivello massimo di pressione sopportabile. Nel caso di funzionamento dinamico si schematizza il flusso mediante due regioni interne, che non toccano le pareti e nelle quali prevale la componente azimutale della velocità, e quattro strati limite lungo dette pareti, ove avviene trasporto meridiano di fluido. Nell'ipotesi di moto laminare, mediante un procedimento perturbativo si vede che, in prima approssimazione, nelle regioni interne vi sono due vortici potenziali, le circolazioni dei quali, determinate imponendo l'equilibrio della vena fluida alla rotazione intorno all'asse di simmetria, sono eguali circa alla metà della circolazione periferica sul polo rotante. Segue la determinazione del campo barico nel fluido rotante e del momento d'attrito esercitato sull'albero.

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This work was supported by the M.P.I., Italy     

Vorticity shedding from a lentil-shaped body at large incidence in uniform flow

The 2D flow about a lentil-shaped body at high incidence in uniform stream is numerically simulated for high Reynolds numbers. The separation points are fixed on the body edges and the vorticity released through a Kutta-like condition is spatially discretized by point vortices. Their Lagrangianinviscid dynamics is described by using both aconformal mapping and aboundary elements method. The present results are in good agreement with previous calculations but still not satisfactory when compared with the experiments.The aim of the present work is to investigate the effect of different Kutta conditions and the effect of different amalgamation procedures in the far wake on global quantities such as theStrouhal number or the total shed circulation. Other remarkable effects induced either by the action of viscosity or by the rising of secondary 3D motion, may not be analyzed by the present simplified model.

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Sommario Si studia il flusso attorno ad una lente ad elevata incidenza nelle ipotesi di elevato numero di Reynolds e flusso bidimensionale. I punti di separazione sono fissati sulle estremità della lente e la produzione di vorticità da questi è realizzata con opportune condizioni di Kutta. La dinamica dei vortici è descritta con un modello Lagrangiano non viscoso. I risultati, ottenuti sia con l'uso di una trasformazione conforme che con un metodo agli elementi di contorno, sono in ottimo accordo con i risultati di precedenti simulazioni numeriche, ma non sono ancora soddisfacenti se confrontati con gli esperimenti.Si analizza in termini di grandezze globali del flusso, quali il numero di Strouhal e la circolazione totale rilasciata, l'effetto di due diverse condizioni di Kutta e dell'uso di procedure di compattazione della scia lontana. Si conclude che l'uso di diverse condizioni di Kutta produce risultati pressoché identici mentre l'utilizzo di procedure di compattazione della scia può alterare in modo significativo il numero di Strouhal del flusso. Rimangono da analizzare altre possibili cause del disaccordo con le sperimentazioni quali la diffusione viscosa e la probabile presenza di moti tridimensionali.

     

A note on the infinitesimal inviscid-like motions of viscous fluids

Summary In this note we show the existence of infinitesimal motions of viscous fluid thatdo not change the existing stress field. We also give the expression for the change of the stress power of the basic flow. Two examples illustrating the procedure of finding those flows are given.

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Sommario In questa nota dimostriamo l'esistenza di movimenti infinitesimi in un fluido viscoso che non cambiano il campo di sollecitazioni esistente. Diamo anche l'espressione per la variazione della potenza dalla sollecitazione del flusso fondamentale. Si danno due esempi per illustrare la procedura per trovare questi flussi.

     

Unsteady Flow of an Oscillating Porous Disk and a Fluid at Infinity

An exact analytic solution of the unsteady Navier–Stokes equations is obtained for the flow caused by the non-coaxial rotations of a porous disk and a fluid at infinity. The porous disk is executing oscillations in its own plane with superimposed injection or suction. An increasing or decreasing velocity amplitude of the oscillating porous disk is also discussed. Further, it is shown that a combination of suction/injection and decreasing/increasing velocity amplitude is possible as well. In addition, the flow due to porous oscillating disk and a fluid at infinity rotating about an axis parallel to the z-axis is attempted as a second problem. Sommario. Si studia il flusso non stazionario prodotto dall'oscillazione di un disco poroso in un fluido e si fornisce una soluzione analitica delle equazioni di Navier–Stokes. Si discute l'effetto di una suzione/iniezione e di una variazione sull'ampiezza della velocità' di oscillazione. Infine si studia il flusso dovuto alle oscillazioni non coassiali di un disco poroso e di un fluido all'infinito.     

On the Role of Vibrational Excitation in Hypersonic Flow Computations

Abstract. The paper investigates the influence of the thermochemical modeling on the flow-field properties for both compressing and expanding flows. For the nitrogen hypersonic flow over a cylinder a comparison between a model neglecting vibrational energy and two-temperature Park's nonequilibrium model has been performed in a wide variety of experimental and free flight conditions. It is shown that the differences are confined in a thin layer behind the bow shock while the overall flow properties are slightly affected. For the expanding air flows inside hypersonic facilities, besides the two models mentioned above, vibrational equilibrium and CVDV model have been compared. It was found that vibrational nonequilibrium can not be disregarded but no discernible differences have been observed between Park's and CVDV model results, unless the enthalpy is very large.Sommario. L'articolo analizza l'influenza della modellizzazione termochimica sul campo fluidodinamico nel caso di flussi ipersonici sia in compressione che in espansione. Per il flusso di azoto attorno ad un cilindro è stato effettuato un confronto fra un modello che trascura l'energia vibrazionale ed il modello di non-equilibrio a due temperature di Park. L'analisi è stata condotta per un ampio intervallo di variazione dei parametri caratteristici comprendente condizioni sia di volo che di prove in laboratorio. Il confronto ha mostrato che l'effetto del non-equilibrio vibrazionale è sempre limitato ad una regione molto sottile dietro l'onda d'urto e che l'influenza sulle proprietà generali del flusso è in ogni caso modesta. Per il caso dei flussi in espansione in gallerie ipersoniche si è invece assunto come gas l'aria ed oltre ai due modelli già menzionati sono stati utilizzati anche il modello di equilibrio vibrazionale ed il modello CVDV. Si è osservato che per i flussi in espansione il non-equilibrio vibrazionale non può essere trascurato ma che comunque i modelli di Park e CVDV sono sostanzialmente equivalenti tranne nei casi di valori molto elevati dell'entalpia totale.     

A boundary integrodifferential equation arising from the linearized theory of water waves

The prototype problem of the linearized irrotational gravity-capillarity water waves due to a Havelock doublet in a uniform planar stream is solved via a layer ansatz and a boundary integral formulation. As an effect of surface tension, two distinct flow regimes arise, separated by a critical speed where a resonance occurs. The transcirtical flow is described by including the viscous vorticity diffusion at the free boundary.

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Sommario Si risolve, nell' ambito di una formulazione integrale al contorno, il problema linearizzato delle onde di gravità irrotazionali generate da un dipolo di Havelock in presenza di tensione superficiale. Si hanno due distinti regimi di flusso separati da una velocità critica. Il regime transcritico, in cui si ha un fenomeno di risonanza, viene descritto tenendo conto della presenza di uno strato limite viscoso sulla frontiera libera.

     

On the dynamics of homogeneous,isotropic, electrically conductive elastic bodies subjected to a magnetic field. Case of vibratory plates

Summary With reference to previous own works, the author deals more fully with the vibratory motion of a homogeneous, isotropic perfectly electric conductive elastic body, subjected to a uniform magnetic field, and highlights the possibility of asymmetrical stresses. He applies the results obtained to the case of transversal vibrations of a plane homogeneous plate whose thickness is very small compared to its area, subjected to a uniform magnetic field, perpendicular to its plane.He then considers the particular case of a circular plate clamped at the boundary and determines the influence of the magnetic field on the vibratory constants.

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Sommario L'Autore, riferendosi a lavori suoi precedenti, considera in modo più ampio e completo il moto vibratorio di un corpo elastico omogeneo isotropo, perfetto conduttore dell'elettricità e soggetto a un campo magnetico uniforme, mettendo in evidenza la possibilità di sforzi asimmetrici.Applica i risultati ottenuti al caso delle vibrazioni trasversali di una piastra piana omogenea di spessore molto piccolo in confronto della sua area, soggetta a un campo magnetico uniforme diretto perpendicolarmente al suo piano.In particolare considera una piastra circolare incastrata al contorno e determina l'influenza del campo magnetico sulle costanti di frequenza.

     

Stability of axisymmetric motions in a rotating inviscid atmosphere

Summary We study the set of ordinary differential equations representing the truncation of the spectral vorticity equation in spherical geometry for two-dimensional, non divergent motions in a homogeneous, inviscid rotating atmosphere. The set of included spectral components represent an arbitrary axisymmetric field of motion (zonal flow) interacting with a couple of non zonal, wave-like perturbations. We analize the stability of the equilibrium configuration described by purely zonal flow, by an esplicit representation of the linear and non-linear parameters which characterize the unstable oscillations induced by perturbations of the equilibrium.

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Sommario Si studiano le soluzioni di un sistema di equazioni differenziali ordinarie che rappresentano il troncamento a poche componenti di Fourier dell'equazione di conservazione della vorticità per moti bidimensionali, non divergenti in una atmosfera rotante, inviscida e omogenea. Tale troncamento include tutte le componenti spettrali che rappresentano flussi a simmetria assiale (moti zonali) in interazione non lineare con una coppia di componenti asimmetriche che rappresentano flussi ondulatori. Si studia la stabilità della configurazione di equilibrio caratterizzata da moto zonale stazionario, analizzando i parametri lineari e non lineari che descrivono le oscillazioni instabili di ampiezza finita del campo di flusso che nascono da condizioni iniziali nell'intorno dell'equilibrio.

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This work was supported by the C.N.R. through the Gruppo Nazionale per la Fisica Matematica.     

MHD boundary layer equations for power-law fluids with variable electric conductivity

The boundary layer in a power-law fluid flowing in the presence of a transverse variable magnetic field is investigated. Assuming the electric conductivity of the fluid is dependent on its velocity, Meksyn's method is used to get an analytical solution for the velocity field and the coefficient of friction. The effect of the magnetic field is then discussed.

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Sommario Lo scopo di questo lavoro è di studiare lo strato limite laminare con relazione costitutiva a legge di potenza bidimensionale di un fluido non-newttoniano incompressibile elettroconduttore che scorre lungo una parete piana in presenza di un campo magnetico trasversale e di una pressione esterna. La conducibilità elettrica del fluido viene assunta come funzione della velocità nella forma =₀ u, dove ₀ è costante eu è la velocità del flusso parallela alla parete. L'equazione base è stata risolta applicando il metodo di Meksyn per ottenere una soluzione analitica per la velocità ed il coefficiente di attrito. Viene inoltre discusso l'effetto del campo magnetico e la variazione della conducibilità elettrica.

     

On unsteady forced flow against a rotating disk

Summary The solution of unsteady forced flow against an unsteadily rotating disk is obtained when the outer flow and the angular velocity of the disk are expressed in powers series of t. The solution is established by expanding the velocity components and the pressure in powers of small time. The extension of the obtained solutions is possible by using Zeytounian's technique. Finally, an analysis is made for the problem of the time-dependent flow due to an infinite rotating disk started accelerated from rest.

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Sommario La soluzione del flusso forzato contro un disco rotante in regime non permanente è ottenuta quando il flusso esterno e la velocità angolare del disco sono espresse in una serie di potenze t. La soluzione è formulata esponendo la componente della velocità e la pressione in potenze di tempo piccolo. L'estensione delle soluzioni ottenute è possibile usando la tecnica di Zeytounian. Infine si fa l'analisi del flusso dipendente dal tempo dovuto a un disco rotante infinito accelerato dalla quiete.

     

On the suppression of the vorticity in an electrically conducting fluid by means of an applied magnetic field

Summary The aim of this work is to investigate the effects of the application of a transverse magnetic on a fluid capable to support electrical current. It has been supposed that the flow could be represented by the vorticity model of Stuart.It turns out that, when a suitable magnetic parameter exceeds a peculiar value, the vorticity tends to decay in the long run; at the same time the inflexions in the velocity profiles tend to disappear, becoming smoother and smoother. Consequently the majority of the velocity gradient inclines to be transferred to the wall.Finally this work analyzes the thin boundary layer originated near the wall because of the smoothing of the velocity profiles.

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Sommario Scopo di questo lavoro è lo studio degli effetti dell'applicazione di un campo magnetico trasversale su di una corrente di fluido conduttore di elettricità che segue nel suo moto il modello di vorticità di Stuart. Si trova che, per valori sufficientemente grandi di un opportuno parametro magnetico, la vorticità tende a spegnersi nel tempo e i flessi nei profili di velocità tendono a smorzarsi, comportando un progressivo appiattimento nella forma di questi, con conseguente trasferimento a parete della maggior parte del gradiente di velocità.Viene inoltre studiato lo strato limite viscoso di limitato spessore che si forma a parete come conseguenza dell'appiattimento dei profili di velocità.

     

Extension of Von Karman ansatz to magnetohydrodynamics

Summary The steady-state axisymmetric motion of an incompressible viscous conducting fluid is studied in the framework of the magnetohydrodynamical model. An ansatz is introduced on the radial dependences of the velocity and magnetic fields, which extends the one used by Von Kármán in the purely hydrodynamical case. It is shown how the extended ansatz can be characterized much in the same way as in hydrodynamics and how it reduces the magnetohydrodynamical system of partial differential equations to a system of ordinary differential equations. The solutions of these equations can be found in exact form in some simplified situations, while, in the general case, numerical approximation methods seem to be the only successful solution procedures.

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Sommario Il moto stazionario a simmetria assiale di un fluido conduttore viscoso incomprimibile viene studiato nell'ambito del modello magnetoidrodinamico. In esso vengono introdotte delle ipotesi sulla dipendenza radiale del campo di velocità e del campo magnetico, ipotesi che costituiscono una estensione di quelle introdotte da Von Kármán nel caso puramente idrodinamico. Si dimostra come anche in magnetoidrodinamica l'ansatz di Von Kármán sia suscet-tibile di una caratterizzazione molto simile a quella nota per l'idrodinamica e come, inoltre, riduca il sistema di equazioni alle derivate parziali, che sono alla base del modello, ad un sistema di equazioni differenziali ordinarie. Soluzioni di tali equazioni possono essere trovate in forma analitica in alcune situazioni semplificate, mentre, nel caso generale, metodi di approssimazione numerica sembrano costituire le uniche procedure di risoluzione in grado di fornire dei risultati.

     

On the flow of an electrically conducting fluid and heat transfer along a plane wall with periodic suction

The purpose of this paper is to consider the behaviour of a three-dimensional laminar boundary layer flow of an incompressible, electrically conducting Newtonian fluid past a plane wall in the presence of a transverse suction velocity distribution applied at the wall. The components of the wall shear stress and heat transfer, using the method of perturbation, are obtained. The variations of these quantities with the Prandtl number and a magnetic parameter are also investigated.

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Sommario Scopo di questo lavoro é di studiare il comportamento di un flusso di stato-limite laminare tridimensionale e di un flusso newtoniano incompressibile elettroconduttore lungo una parete piana in presenza di una distribuzione di velocità trasversale di aspirazione applicata alla parete. Si determinano le componenti di tensione tangenziale sulla parete e la trasmissione di calore usando un metodo perturbativo. Si studiano anche le variazioni di queste quntità con il numero di Prandtl e con il parametro magnetico.

     

Rotating discs of unconventional profile

Summary On the basis of a general relation — capable of expressing analytically the thickness law for a wide range of rotating discs of different shapes — the Author proposes formulas, having the same general validity, whereby the quasi-plane stress system in such discs may be described in terms of absolutely convergent hypergeometric series.After highlighting the extreme suitableness of the mentioned formulas for calculating discs having an arbitrary profile, he adapts the results to the particular case of the conic-shaped disc and emphasizes the consequent remarkable simplification in regard to the conventional solutions.Dealing with the same procedure the Author puts forward some accurate tables pertaining to the interesting case of the discoid in the form of an ellipsoid of revolution.Finally he relates about the possibility of obtaining closed solutions for a group of discoid-frustums characterized by a particular relation which binds their geometry.

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Sommario Sulla scorta d'una relazione generale atta ad esprimere analiticamente la legge di variazione dello spessore d'una vasta categoria di dischi rotanti diversamente configurati, si prospettano delle formule altrettanto generali attraverso le quali lo stato quasi piano di tensione a questi ultimi relativo risulta praticamente definibile in termini di serie ipergeometriche assolutamente convergenti. Dopo aver fatto rilevare l'estrema convenienza di utilizzare le stesse formule per il calcolo dei dischi di profilo arbitrario si specializzano i risultati per il caso del disco conico, evidenziandone la notevole semplificazione rispetto alle soluzioni convenzionali, nonchè per l'interessante caso del discoide a forma di elissoide di rotazione per il quale si prospettano accurate tabelle. Si riferisce infine sulla possibilità di ottenere soluzioni chiuse per tutta una schiera di tronchi discoidali caratterizzati da un particolare legame che ne vincola la geometria.

     

Non isobaric boundary layers related to Marangoni flows

Summary The paper deals with the dissipative layers, called Marangoni boundary layers, that can be formed, along the interface of two immiscible fluids, in surface driven flows. Under the hypothesis that the flow fields of the two interfacing fluids are uncoupled, similar solutions are studied for the case in which an external pressure gradient is present. The similarity class is derived and the pertinent equations are solved numerically by mean of an algorithm based on a Quasi-Linearization Technique.

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Sommario Si considerano Strati Limiti che possono formarsi, lungo l'interfaccia di due fluidi immiscibili, in flussi indotti da gradienti di tensione superficiale, noti come strati limiti alla Marangoni. Soluzioni simili vengono derivate per il caso in cui sia presente un gradiente di pressione esterno, nell'ipotesi che i campi di moto nei due fluidi interfaccianti siano disaccoppiati. Le equazioni sono integrate numericamente con un algoritmo basato su una tecnica di Quasi-Linearizzazione.

     

Does a charge,falling freely in a static gravitational field,radiate?

Summary The Poynting vector flux from a charge at rest in an inertial frame is calculated, on the basis of the standard classical Maxwell-Lorentz theory, in a uniformly accelerated frame, through a suitable set of spherical 2-surfaces. The results are also interpreted in the framework of general relativity, and critically discussed in connection with the equivalence principle. In particular, we introduce a ?quasi-local? definition of radiation, and conclude that a charge, falling freely in a gravitational field locally approximated by a static homogeneous gravitational field (SHGF), does not radiate in its rest frame, but does radiate in a frame supported in the SHGF. Such a radiation appears as ?fictitious?, i.e. a coordinate transformation eliminating the gravitational field eliminates at the same time also the radiation.

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Sommario Data una carica in quiete in un riferimento inerziale, si calcola, nell'ambito dell'elettrodinamica di Maxwell-Lorentz, il flusso del vettore di Poynting in un riferimento uniformemente accelerato, attraverso una opportuna classe di 2-superfici sferiche. I risultati ottenuti sono interpretati anche nello schema della relatività generale e discussi criticamente in relazione al principio di equivalenza. In particolare, introducendo una definizione ?quasi-locale? di irraggiamento, si conclude che una carica in caduta libera in un campo gravitazionale localmente approssimabile da un campo statico e omogeneo (SHGF) non irraggia nel suo riferimento di riposo, ma irraggia nel riferimento solidale con il campo. Tale irraggiamento risulta un fenomeno ?apparente?, nel senso che una trasformazione di coordinate che elimina il campo gravitazionale elimina al tempo stesso anche l'irraggiamento.

     

A thin airfoil spline panel method

Summary A fourth-order-accurate panel method based on spline interpolating polynomials for potential flow past a thin airfoil is presented. Numerical results are given for a symmetric airfoil at angle of attack, for which the fourth order accuracy of the method is clearly demonstrated.

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Sommario Si presenta un metodo dei pannelli basato su polinomi interpolatori (di tipo spline per la soluzione di flussi potenziali intorno a profili alari sottili. Si forniscono i risultati numerici per un profilo simmetrico ad angolo d'attacco che dimostrano l'elevata accuratezza numerica del metodo in questione.

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This research was supported by the C.N.R.