Oscillatory modes of instability for flow between rotating cylinders with a transverse pressure gradient

Résumé L'analyse de l'effet du gradient transversal de la pression sur la stabilité de l'écoulement de Couette d'un fluide newtonien était basée sur la supposition que l'apparition de l'instabilité est due à la présence d'un mouvement secondaire, stationnaire et axialement symmétrique. Récemment on a demontré (Hughes et Reid) que, pour un tel écoulement, il existe des intervals de nombres d'ondes longitudinales de perturbation, pour lesquels les deux modes stationnaires inferieurs n'existent pas. Comme d'aprés le critère de Rayleigh, des couches stables et instables du fluide existent dans l'écoulement de base, il paraît raisonnable de poser la question si les modes d'oscilla tions neutres, du type étudié par Chang et Sartory pour un écoulement hydromagnetique de Couette, peuvent apparaître à ces nombres d'onde. On prouve dans ce travail qu'un tel type de mode oscillatoire des perturbations peut exister et que l'apparition de l'instabilité peut dépendre de l'apparition d'un tel mode.     

Steady magnetohydrodynamic flow of an incompressible viscous fluid involving an ignorable co-ordinate

Résumé On considère l'écoulement visqueux régulier et incompressible ainsi que la distribution de température d'un fluide conducteur d'électricité contenu dans un conduit. En utilisant une forme spéciale du potentiel vectoriel magnétique et en changeant les variables des coordonnées, on démontre la possibilité de réduire le problème de l'écoulement à la résolution de l'équation de Poisson et de deux équations indépendantes linéaires différentielles et partielles du deuxième ordre. Les résultats obtenus sont employés pour déterminer l'écoulement et la distribution de la température d'une forme peu commune de l'écoulement de Couette.     

The influence of flow distortions on axial flow fan and on rotating stall

Résumé Ce travail donne les résultats d'essais effectués sur un ventilateur axial concernant l'influence de distorsions de l'écoulement sur la pression de la machine, sur l'apparition du décollement tournant et sur sa fréquence. On a étudié deux types de perturbations donnant respectivement lieu à des distorsions tangentielles et radiales de l'écoulement.On a montré notamment qu'une striction de l'écoulement en amont du rotor, au moyeu, permet de reculer les conditions d'apparition de décollement tournant.Les caractéristiques propres du décollement tournant (fréquence et extension de la région décollée) sont peu sensibles aux distorsions de l'écoulement.     

On the steady flow of a viscous fluid past a sphere at small reynolds numbers using Oseen's approximation

Sommaire On a obtenu une expression générale pour la fonction de courant deStokes pour l'écoulement d'un liquide visqueux autour d'une sphère. Les lignes de courant ont été tracés pour les nombres deReynolds=1, 4 et 10. Le décollement du courant fluide n'a pas lieu pour les N. R.=1 et 4, tandis que pour le N. R.=10 les tourbillons attachés se forment dans le sillage.     

A reciprocal theorem for a first order theory of electrostriction

Résumé On présente un théorème de réciprocité pour l'électrostriction de premier ordre. Ce théorème est employé pour déduire une représentation intégrale pour le déplacement et aussi pour la valeur moyenne des tensions et des déformations.     

Flow in an occluded circular cylindrical tube with permeable wall

Résumé L'éoulement d'un liquide dans un tube à paroi perméable se rencontre dans plusieurs problèmes d'ingénieur, tels que la purification de l'eau, l'osmose inverse, l'écoulement dans un milieu proeux, etc. Cet exposé traite un problème physiologique, à savoir, l'écoulement du sang dans les plus petits vaisseaux sanguins, les «capillaires».L'expérience de «micro-occlusion» de Landis (1927) était un pas important dans le problème du transport fluidique à travers un vaisseau sanguin. Récemment, Zweifach et Intaglietta (1966, 1968) ont obtenu des données importantes grâce à une expérience perfectionnée du type de celle de Landis. L'interprétation de ces expériences se fonde sur l'hypothèse de Starling de l'interaction des pressions osmotique et hydrostatique. Dans cet ouvrage, on étudie un modèle simplifié du transport fluidique à travers la paroi d'un vaisseau sanguin capillaire. On donne une méthode analytique pour étudier l'appliation de l'hypothèse de Starling au mouvement d'un fluide visquex dans un tube circulaire occlu. On suppose que les pressions hydrostatique et osmotique de l'espace extérieur entourant le tube aient les mêmes valeurs d'équilibre avant et après l'occlusion, de sorte que l'écoulement de masse à travers la paroi du tube, conformément à l'hypothèse de Starling, est simplement proportionnel au changement de la pression hydrostatique à travers le paroi. La solution démontre que, quand la constante de perméabilité dépasse une certaine valeur, l'éoulement axial amont détermine le mouvement fluidique; et que l'écoulement à travers la paroi du tube est plus ou moins indépendant de la perméabilité de la paroi. Quand la constante de perméabilité est petite, l'écoulement à travers la paroi est proportionnel à la perméabilité.L'hypothèse de Starling étant applicable à la dialysation des membranes, la présente démonstration a d'autres domaines d'application pour l'ingénieur. Cette méthode d'analyse peut être appliquée pour résoudre un type général du problème de valeur de limite associée à l'équation de Stokes dans laquelle deux conditions indépendantes sont données pour la surface et l'une des extrémités de la région cylindrique circulaire.     

A linear stability analysis of a mixed convection plume from a line source: higher order effects

Aiding mixed convection flow resulting from the vertical flow of a uniform stream past a horizontal line source of heat is of importance in many practical situations such as hot-wire anemometry, etc. In this paper, the stability of such a flow to small disturbances is analyzed in terms of the linear stability theory. The analysis treats the presence of the free stream as a perturbation of a natural convection plume generated by the line source of heat. The base flow as well as the disturbance field are determined by means of a systematic perturbation expansion.The results presented here extend the results of an earlier investigation [1], by considering second-order mixed convection effects. The results reveal that the free stream has a stabilizing effect. As expected, consideration of second-order mixed convection effects further enhances the stability of the flow. The reported results are valid at a large distance from the source where the flow field is dominated by buoyancy effects.

---

Résumé Aidant la convection mixte d'un écoulement résultant d'un écoulement uniforme vertical, à l'arrière d'une source rectiligne horizontale de chaleur, est important en plusieurs situations pratiques, comme celui de l'anémomètre à fil chaud, etc. Dans cet article, la stabilité de ce genre d'écoulement aux pertubations est analysée par la théorie de la stabilité linéaire. L'analyse traits la présence de l'écoulement libre comme perturbation d'une convection naturelle du panache crée par la source rectiligne de chaleur. L'écoulement de base ainsi que le champ exposé aux perturbations sont déterminés au moyen d'une série de perturbations systématiques. L'analyse prend en considération la nature non-parallèle de l'écoulement de base.Les résultats présentés ici, élargissent les résultats d'une étude précédente [1], en considérant le second ordre des effets de la convection mixte. La consideration du second ordre des effets de la convection mixte augmente la stabilité de l'écoulement. De même, l'effet de la convection mixte sur la courbe neutre semble différent de celle-ci pour une paroi limitée des écoulements.

     

Nonlinear instability of flow in a rectangular pipe with large aspect ratio

Summary The stability of flow in a rectangular pipe with large aspect ratio can be studied by regarding the flow as a perturbation of plane Poiseuille flow. In the central region of the pipe, the disturbance has the form of a slowly modulated wave. The amplitude equation for this wave at slightly supercritical Reynolds numbers is identical with that for the unbounded flow. The regions in the vicinity of the side walls are studied and the boundary conditions for the amplitude equation at the walls are obtained. It is shown that the critical Reynolds number is only increased by a term proportional to (depth/width)², so that even moderate aspect ratios should be suitable for studying unbounded plane Poiseuille flow instability.

---

Résumé Une perturbation de l'écoulement plan de Poiseuille permet d'étudier la stabilité de l'écoulement dans une conduite rectangulaire à grand rapport d'allongement. Dans la région centrale de la conduite, la perturbation se comporte comme une onde lentement modulée. L'équation donnant les amplitudes de cette onde est exactement celle de l'écoulement libre pour des nombres de Reynold légèrement au-dessus de la valeur critique. On étudie les régions voisines des parois et on obtient ainsi les conditions aux limites pour l'équation des amplitudes. On démontre que le nombre de Reynold critique n'est augmenté que d'un terme proportionnel au rapport (profondeur/largeur)². Ainsi, même de faibles rapports d'allongement conviennent à l'étude de l'instabilité de l'écoulement libre de Poiseuille dans un plan.

     

Laminar free convection due to a point source of Buoyancy

Summary Similarity solutions are found for the laminar flow arising from a point source of buoyancy. Approximate analytic solutions in closed form are derived for the non-dimensional velocity and density distributions as a function of the Prandtl number. These approximations are shown to compare favourably with numerical solutions given by Fujii and to include the exact solutions of Yih for Prandtl numbers of 1 and 2.

---

Résumé Il existe des solutions de similitude pour l'écoulement laminaire provenant d'une source ponctuelle de poussée. On obtient des solutions analytiques approximatives closes, sous forme de fonction du nombre de Prandtl, pour les distributions non dimensionnelles de vitesse et de densité. On démontre que ces approximations se comparent avantageusement aux solutions numériques présentées par Fujii, en plus de fournir les solutions exactes de Yih pour les nombres de Prandtl 1 et 2.

     

The behavior of elastic heat conductors with second-order response functions

Second-order forms for the material response functions of an elastic heat conductor are derived by approximating the response functions by polynomials in the appropriate invariants. Solutions based upon these forms of the response functions are exact for special materials and approximate for general materials. The second-order dependence on temperature of isothermal elasticity solutions is found, and the results are shown to agree well with experimental data taken on rubber. Within the second-order theory for incompressible and isotropic bodies, the problems of biaxial stretching of a plate with transverse heat flow and the simultaneous extension and shear of a cylindrical annulus with radial heat flow are solved.

---

Résumé Les termes du deuxième ordre des fonctions de réponse d'un conducteur de chaleur élastique sont dérivés dans une approximation basée sur le développement en polynomes d'invariants appropriés de ces fonctions. Les solutions qui en résultent sont exactes pour certains matériaux et approchées dans le cas général. Une dépendance du second ordre en température de l'élasticité isotherme est établie et il est montré que, dans le cas du caoutchouc, les résultats sont en bon accord avec les données expérimentales. Les problèmes de l'état de tension bidimensionnel d'une plaque soumise à un flux de chaleur transversal et de l'allongement et du cisaillement simultanés d'un anneau cylindrique parcouru par un flux radial sont résolus dans le cadre de la théorie du second ordre pour les corps incompressibles et isotropes.

     

Stability of flow of viscoelastic fluids between arbitrarily spaced cylinders

Résumé On a étudié le problème de la stabilité d'un fluide viscoélastique du troisième ordre contenu entre deux cylindres concentriques. L'approximation habituelle que l'écart entre les cylindres est petit n'est pas faite. On a démontré que pour un fluide viscoélastique le nombre de Taylor critique dépend considerablement de l'écart entre les cylindres.     

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.

---

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.

---

---

On leave from University of Waterloo, Ontario, Canada.     

On the flow of a cosserat fluid through a curved pipe

Summary A theoretical analysis is made of the flow of a Cosserat fluid in a curved pipe under a pressure gradient. It is assumed that the curvature of the pipe is small, that is the radius of the circle in which the central line of the pipe is coiled is large in comparison with the radius of the cross-section. Following Dean [2] a solution is developed by the method of successive approximation. The paths of the particles in the central plane and the projection of the streamlines on the cross-section of the pipe are compared with those of a Newtonian fluid. It is observed that in the theory of Cosserat fluids the curvature of the streamlines in the central plane increases and the motion is slower in the cross-section of the pipe. It is also shown that the rate of flow of a Cosserat fluid through a curved pipe is decreased due to the curvature of the pipe.

---

Résumé On fait une analyse théorique de l'écoulement d'un fluide de Cosserat dans un tube sous un gradient de pression. On suppose que la courbature du tube est faible, c'est-à-dire que le radius du cercle qui fait la ligne du centre du tube est fort par rapport au radius de la coupe transversale.D'après Dean [2], on développe une résolution par approximations successives. On fait la comparaison des trajectoires des particules dans le plan central et la projection des lignes d'écoulement sur la coupe transversale du tube avec celles d'un fluide de Newton.On note que dans la théorie des fluides de Cosserat, la courbature des lignes d'écoulement dans le plan central augmente, et que la motion est ralentie dans la coupe transversale du tube. On démontre ensuite que le taux d'écoulement d'un fluide de Cosserat dans un tube courbe se diminue à raison de la courbature.

     

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.     

Weak locally homogeneous turbulence in idealized flow through a cone

Résumé On analyse la turbulence d'un écoulement idéalisé à travers un cône, au moyen des équations de corrélation généralisées à deux points, basées sur les équations de Navier-Stokes et de continuité. La viscosité et les effets de déformation moyenne sont retenus dans l'analyse, mais on suppose que la turbulence est assez faible pour qu'on puisse négliger, dans les équations, les termes de corrélation triples par rapport aux autres termes. On calcule les composantes des variations de vitesse de tourbillon et de formation de tourbillon, ainsi que les spectres de ces grandeurs. On considère également, dans l'équation du spectre, un terme de transport d'énergie de déformation moyenne qui transfère des composantes d'énergie entre les caractèristiques d'onde. On utilise l'analogie du transfert énergétique de chaleur pour relier les résultats obtenus au transfert de chaleur entre le fluide et la paroi du cône.     

An exact solution for a cavity model

Résumé On considère l'écoulement plan, permanent et irrotationnel d'un jet gazeux aux grandes vitesses subsoniques. En appliquant le procédé deFalkovich, concernant la méthode hodographique deChaplygin, on obtient la solution exacte pour le modèle de Roshko situé dans un canal aux parois parallèles (Figure). On détermine l'expression exacte du coefficient de résistance et on donne quelques relations entre les différents paramètres de la configuration.     

A kinematical study of Kirchhoff-Rayleigh flow

Summary A method of calculating the separated flow of a viscous fluid is proposed, which allows to split up properly the boundary condition problem from the viscous phenomena. The theory is developed for the flow past a plate and yields wakes of finite extension having an underpressure which depends directly on the amount of vorticity diffusion and dissipation occurring in the fluid. Application of the method to real flows shows good agreement between the calculated and the measured velocity distributions in front of the plate and in the wake.

---

Résumé Une méthode de calcul de l'écoulement décollé d'un fluide visqueux est proposée qui permet de séparer clairement le problème aux limites des phénomènes visqueux. La théorie est développée pour l'écoulement autour d'une plaque et donne des sillages de longueur finie ayant une dépression de culot directement dépendante de l'intensité de la diffusion et dissipation de la vorticité se produisant dans le fluide. L'application de la méthode à des écoulements réels montre une bonne concordance entre les répartitions de vitesse calculées et mesurées sur le devant de la plaque et dans le sillage.

     

Spatial decay estimates for the heat equation via the maximum principle

Spatial decay estimates for the solution of the heat equation, similar to those obtained by other authors using energy inequalities, are established through use of the maximum principle.

---

Résumé A l'aide du principe du maximum, on obtient des évaluations pour la décroissance spatiale des solutions de l'équation de la chaleur. Ces résultats ressemblent à ceux d'autres auteurs, qui utilisaient des inégalités pour l'énergie.

     

Homogenization of elliptic eigenvalue problems: Part 1

The aim of this paper is to study the homogenization of elliptic eigenvalue problems, with a second order homogeneous Dirichlet problem as an example. The main homogenization theorem states that the same operator which serves to homogenize the corresponding static problem works for the eigenvalue problem as well and that the structure of eigenvalues and eigenvectors is in some sense preserved. Formulae for first and second order correctors for eigenvalues are proposed and error estimates are obtained. These results are applied to the case of coefficients with a periodic structure and a simple numerical example is presented. Extensions to other types of boundary conditions and to higher order equations are indicated.

---

Resume Le but de cet article est d'étudier l'homogénéisation du problème de valeurs propres pour des opérateurs elliptiques. On prend comme exemple un problème de second-ordre avec des conditions de Dirichlet homogènes au bord. Le Thèoréme principal d'homogénéisation dit que le même opérateur qui homogénéise le problème stationnaire correspondant sert également à homogénéiser ce problème de valeurs propres et que la structure des valeurs et vecteurs propres est, grosso modo, préservée. On propose des formules pour calculer les correcteurs de premier et second ordre pour les valeurs propres et on obtient des estimations d'erreur. Ces résultats sont appliqués à un cas particulier où les coefficients sont périodiques et des résultats numériques sont présentés. On indique des extensions possibles du point de vue conditions aux limites, et des problèmes de quatrième ordre.

---

---

Part 2 of Dr. Kesavan's article will appear inAppl. Math. Opt. 5, Number 3.     

Homogenization of elliptic eigenvalue problems: Part 2

The aim of this paper is to study the homogenization of elliptic eigenvalue problems, with a second order homogeneous Dirichlet problem as an example. The main homogenization theorem states that the same operator which serves to homogenize the corresponding static problem works for the eigenvalue problem as well and that the structure of eigenvalues and eigenvectors is in some sense preserved. Formulae for first and second order correctors for eigenvalues are proposed and error estimates are obtained. These results are applied to the case of coefficients with a periodic structure and a simple numerical example is presented. Extensions to other types of boundary conditions and to higher order equations are indicated.

---

Resume Le but de cet article est d'étudier l'homogénéisation du problème de valeurs propres pour des opérateurs elliptiques. On prend comme exemple un problème de second-ordre avec des conditions de Dirichlet homogènes au bord. Le Théorème principal d'homogénéisation dit que le même opérateur qui homogénéise le problème stationnaire correspondant sert également à homogénéiser ce problème de valeurs propres et que la structure des valeurs et vecteurs propres est, grosso modo, préservée. On propose des formules pour calculer les correcteurs de premier et second ordre pour les valeurs propres et on obtient des estimations d'erreur. Ces résultats sont appliqués à un cas particulier où les coefficients sònt périodiques et des résultats numériques sont présentés. On indique des extensions possibles du point de vue conditions aux limites, et des problèmes de quatrième ordre.

---

---

Part 1 of Dr. Kesavan's article appeared in Appl. Math. Optim. 5, Number 2.