Thermal convection from a horizontal wire

Zusammenfassung Eine exakte Lösung für die natürliche Konvektion von einem langen horizontalen Draht wird gegeben, selbst für den Fall grosser Unterschiede in der Dichte. Wenn die Unterschiede in der Dichte klein sind, dann ist die Strömung eine ähnliche.     

An in-core/out-of-core method for solving large scale assignment problems

We describe how the shortest augmenting path method can be used as basis for a so called in-core/out-of-core approach for solving large assignment problems in which the data cannot be kept in central memory of a computer. Here we start by solving the assignment problem on a sparse subgraph and then we introduce the remaining edges in an outpricing/reoptimization phase. We introduce several strategies which enable to keep the working subgraph sparse throughout the procedure and even lead to an all in-core code which is faster than the basic shortest augmenting path code.

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Zusammenfassung Wir beschreiben einen sogenannten In-Core/Out-of-Core Ansatz auf der Basis der kürzesten erweiternden Wege Methode für die Lösung gro\er Zuordnungsprobleme, für die die gesamte Kostenmatrix nicht im Zentralspeicher des Rechners gehalten werden kann. Bei diesem Ansatz wird in einer ersten Phase ein Zuordnungsproblem über einem dünnen Teilgraph optimal gelöst. In einer zweiten Phase werden dann die nicht berücksichtigen Kanten mittels der optimalen Duallösung bewertet (outpricing) und gegebenenfalls eine Reoptimierung durchgeführt. Durch Anwendung spezieller Strategien wird es möglich, während der gesamten Lösung den im Zentralspeicher abzuspeichernden Teilgraphen dünn zu halten. Weiterhin zeigt sich, da\ dieser Ansatz zu einem neuen Verfahren führt, das der zugrunde liegenden kürzesten erweiternden Wege Methode überlegen ist.

     

On an integral method for backward boundary layers

Zusammenfassung Eine Integralmethode für die Lösung von zweidimensionalen Grenzschichtgleichungen wird entwickelt für Fälle, in denen die Lösungen sich anfänglich wie diejenigen von End-Grenzschichten benehmen. Diese Lösungen sind von Goldstein behandelt worden. Die bedeutendste Anwendung betrifft den Fall, wo ein zweidimensionaler Strom gegen eine Öffnung fliesst, durch welche die Flüssigkeit entleert wird. In erster Annäherung wird die Grenzschichtströmung für grosse Entfernungen von der Öffnung durch die Ähnlichkeitsgesetze der konvergenten Strömung in einem keilförmigen Kanal beschrieben. Um Strömungen dieser Art zu studieren, die über lange Entfernungen laufen, wird die Geschwindigkeit am Rande der Grenzschicht an Stelle der Entfernung längs der Grenzschicht als unabhängige Veränderliche eingeführt. Die beschriebene Methode wird auf den Fall der Strömung in Richtung eines Schlitzes angewendet, ausgehend von einem unendlichen Halbraum, ferner auf den Fall einer Strömung um eine endliche Platte, die senkrecht zur Strömungsrichtung steht. In beiden Beispielen ist die Potentialströmung in der Form des Kirchhoff-Rayleighschen Gesetzes angenommen, wobei die freien Stromlinien an die scharfen Kanten gebunden sind. Die Methode wird verallgemeinert, so dass sie für allgemeinere End-Grenzschichten benutzt werden kann. Die Resultate stimmen ausgezeichnet mit denen der Methode von Thwaites sowie mit den Ähnlichkeitslösungen von Falkner-Skan überein.     

Energy stability of channel flows

Zusammenfassung Die Energiemethode wird zur Untersuchung der Stabilität einer beliebigen Kanalströmung angewandt. Es wird eine auf Eigenwertabschätzungen basierte qualitative Beschreibung der Fläche (, ) gegeben, welche die Schranke für den Instabilitätsbereich in Abhängigkeit von Längs- bzw. Querwellenzahl der Störungen darstellt. Eine allgemeine untere Grenze für die minimalisierende Querwellenzahl und den zugehörigen Eigenwert (0, ) wird angegeben. Das Problem der Energiestabilität wird dann für eine Klasse von Geschwindigkeitsprofilen mit Wendepunkt gelöst. Die durch numerische Integration erhaltenen Ergebnisse werden mit den Ergebnissen der linearen Stabilitätstheorie verglichen.     

Laminar-turbulent transition

Zusammenfassung Die Bewegungsgleichungen eines Teilchens, auf das kleine statistische Störkräfte wirken, werden für laminare Strömungen gelöst. Das Teilchen wird mit Flüssigkeitsballen identifiziert, wie sie in der turbulenten Strömung vollkommen ausgebildet sind, aber im laminaren Bereich in subkritischer Grösse schon vorkommen können. Als Stabilitätskriterium wird eine Bedingung hergeleitet, für die das mittlere Verschiebungsquadrat schnell wächst. Es wird gezeigt, wie aus den Gleichungen die wohlbekannten Stabilitätsgesetze für Geschwindigkeitsprofile mit Wendepunkten folgen. Die kritische Grösse eines Geschwindigkeitsballens in der Nähe des Umschlagpunktes ist wahrscheinlich identisch mit den kleinsten Turbulenzelementen. Es wird eine Formel hergeleitet für die Brownsche Bewegung in Strömungen.     

Asymmetrical slow viscous fluid motions caused by the translation or rotation of two spheres. Part II: Asymptotic forms of the solutions when the minimum clearance between the spheres approaches zero

Zusammenfassung In dieser Arbeit handelt es sich um eine Analyse der asymptotischen Formen für die Lösung von Problemen der langsamen zähen Strömung, die durch die Bewegung von zwei starren sphärischen Grenzen verursacht wird, wenn diese sich entweder entlang von Axen bewegen, die senkrecht zu der Verbindungslinie ihrer Zentren liegen, oder sich um diese drehen, Es wird der Grenzfall untersucht, bei dem der den Mindestspielraum zwischen den Sphären definierende Parameter sich Null nähert. Es wird gezeigt, dass für Kugeln, die ausserhalb einander liegen, die Kräfte und die Momente, die auf jede der beiden Kugeln einwirken, singulär werden, und zwar wie log für 0, für alle Werte der Radien. Wenn eine Kugel die andere einschliesst, findet man im allgemeinen dasselbe Verhalten, aber wenn eine stationäre Kugel eine drehende einschliesst, so verschwinden die Kräfte für »0, wenn der Radius der äusseren Kugel viermal so gross als der der inneren ist. Ein entsprechendes Verhalten zeigen auch die Momente, wenn sich die innere Kugel fortbewegt.     

Stirring of a viscous fluid

Zusammenfassung Untersucht wird die stationäre strömende Geschwindigkeit, die durch eine kreisförmige rührende Bewegung eines starren Zylinders induziert wird. Die Amplitude dieser kreisförmigen Bewegung wird im Vergleich zum Durchmesser des Zylinders als klein angenommen. Es wird gezeigt, dass bei genügend hohen Frequenzen der nicht-stationäre Wirbeleffekt auf eine dünne Stokes-Scherwellenschicht beschränkt ist, dass aber die induzierte Strömung ausserhalb dieser Region bestehen bleibt. Für den besonderen Fall eines runden Zylinders ergibt sich, dass diese stationäre Strömung von der Reynolds-Zahl unabhängig ist.     

Expansion procedures and similarity laws for transonic flow

Zusammenfassung Die schallnahe Näherungslösung für die Umströmung eines schlanken Drehkörpers wird mit Hilfe einer mathematischen Entwicklung beschrieben. Die Entwicklung wird durch eine abnehmende Folge von Funktionen des Dickenverhältnisses dargestellt, und ein Ähnlichkeitsparameter, der Machsche Zahl und Dickenverhältnis enthält, wird eingeführt. Die ersten Glieder der Entwicklung der Geschwindigkeiten nahe der Achse werden erhalten, und die Ähnlichkeitssätze für Druckkoeffizient und Widerstandsbeiwert eines nichtangestellten Körpers werden abgeleitet. Mit Hilfe einer anderen Entwicklung wird eine angenäherte area rule (Flächenregel) für einen Körper, dessen Querschnittsfläche nicht kreisförmig ist, erhalten.     

Numerical solutions of the Van der Pol equation

Zusammenfassung Die Amplitude und Periode der periodischen Lösungen der van der Polschen Gleichung sind für sehr kleine und für sehr grosse Werte des Parameters durch asymptotische Entwicklungen annähernd bekannt. Für endliche Werte von werden die Resultate von numerischen Integrationsmethoden mitgeteilt, und der Anschluss an die asymptotischen Werte wird diskutiert. Ausserdem werden Störungen der Differentiagleichung betrachtet.     

Rotational-flow analysis of plane right-angle bends

Zusammenfassung Nach einem Verfahren, das als Methode der gefrorenen Wirbel bezeichnet wird, werden ebene Strömungen durch einen Krümmer berechnet. Der Grundgedanke des Verfahrens besteht darin, die Wirbelstärke näherungsweise als eine Funktion der Stromfunktion allein anzusetzen. Man wird so auf eine Poisson-Gleichung für die Stromfunktion geführt. Die Rechnungen werden durchgeführt für Geschwindigkeitsverteilungen im Eintrittsquerschnitt, die der ausgebildeten laminaren und turbulenten Strömung entsprechen. Am Beispiel der Laminarströmung wird der Einfluss vorgegebener Wirbelverteilungen und Ausflussbedingungen auf die Strömung in den verschiedenen Bereichen des durchströmten Raumes untersucht. Bei den Berechnungen mit Geschwindigkeitsprofilen, die der turbulenten Strömung entsprechen, wurden zudem die Einflüsse der Krümmung und der Art der Zuströmung betrachtet, wobei der Krümmungsradius vom 0,75fachen bis zum 4fachen der Kanalbreite variiert wurde. Das Verhältnis des Mittelwertes der Geschwindigkeit im Eintrittsquerschnitt zur Geschwindigkeit in der Mitte dieses Querschnittes erweist sich dabei als ein hydrodynamisch charakteristischer Parameter, während die Annahmen über die Geschwindigkeitsverteilung am Austritt nur von geringfügigem Einfluss sind. Bei scharfer Krümmung und ungleichmässigen Geschwindigkeitsprofilen tritt Strömungsablösung an der Aussenwand auf. Ablösungserscheinungen an der Innenwand — die praktisch beobachtet werden — liefert diese Theorie nicht, womit die Grenzen ihrer Anwendbarkeit in Erscheinung treten.     

Heuristische Verfahren zur Maschinenbelegungsplanung bei Reihenfertigung

Zusammenfassung Nach einem Überblick über die Probleme der Maschinenbelegungsplanung und die bisherigen Lösungsansätze hierzu wird für ein Modell der Maschinenbelegungsplanung bei Reihenfertigung, dasFlowshop-Scheduling-Modell, die Konstruktion von heuristischen Lösungsverfahren untersucht und als Beispiel ein weiteres wirksames heuristisches Verfahren abgeleitet. In einem Test bezüglich der Problemlösungsqualität wird die Anwendbarkeit dieser heuristischen Verfahren nachgewiesen.

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Summary In the case of the flowshop-scheduling-model, the construction of heuristic methods is analyzed. Another efficient heuristic method is derived. Concerning the quality of solutions found, a test shows the applicability of the heuristic methods.

     

Linearized spin-up in vortex flows

Summary Transient motions of contained laminar vortex flows are investigated by solving a linearized (low Rossby number) spin-up problem for arbitrary primary flow circulation distribution. If the local Ekman number is of the order of one or larger, spin-up occurs solely by viscous diffusion (Rayleigh layers), but if the local Ekman number is small compared with one, spin-up occurs by the action of an Ekman layer induced secondary flow in a time much less than the viscous diffusion time. The unsteady motion is superimposed on a steady state secondary flow which compensates for diffusion of primary flow vorticity.

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Zusammenfassung Zeitabhängige Bewegungen einer laminaren Wirbelströmung in einem Behälter werden untersucht, indem ein (für kleine Rossby-Zahlen) linearisiertes Spin-up-Problem für willkürliche Zirkulationsverteilung der primären Strömung gelöst wird. Wenn die lokale Ekman-Zahl von der Grössenordnung Eins oder grösser wird, so erfolgt der Spin-up ausschliesslich durch viskose Diffusion (Rayleighsche Schichten), doch wenn die lokale Ekman-Zahl verglichen mit Eins klein ist, so erfolgt der Spin-up durch die Wirkung einer durch eine Ekman-Schicht induzierten sekundären Strömung in einer Zeit, die viel kürzer ist als die viskose Diffusionszeit. Die nichtstationäre Bewegung ist einer permanenten Sekundär-Strömung überlagert, welche die Diffusion der primären Strömungsrotation kompensiert.

     

Effects of high electrical conductivity in two-dimensional plasma flows

Zusammenfassung Der Einfluss endlicher elektrischer Leitfähigkeit auf die Kopplung zwischen Magnet-feld und Geschwindigkeitsvektor in einer ebenen, sonst dissipationsfreien Plasmaströmung wird theoretisch untersucht. Die Strömungsgleichungen werden mittels Reihenentwicklung nach negativen Potenzen der (hohen) magnetischen Reynoldszahl linearisiert. Als Lösung nullter Ordnung wird eine stationäre, zweidimensionale, dissipationsfreie Strömung durcy einen parallelen Kanal verwendet, die zur Klasse der «aligned-flow» problems,vB ₀, gehört. Das linearisierte Gleichungssystem lässt sich mit Hilfe geeigneter Transformationen durch eine TRICOMISCHE Differentialgleichung samt Rand-und Anfangsbedingungen für nur eine Strömungsvariable des gestörten Problems ersetzen, die der Diffusion des Magnet-felds aufgrund der endlichen Leitfähigkeit durch einen inhomogenen Term Rechnung trägt. Zur Lösung dieser Gleichung wird ein Integraltransformationsverfahren angegeben, das für eine grosse Klasse von über den Kanal variablen Magnetfeldern nullter Ordnung anwendbar ist. Ein solcher Fall wird explizit behandelt und es wird gezeigt, dass durch die Lösung alle anderen Strömungsvariablen 1. Ordnung eindeutig bestimmt sind. Für den Fall konstanten Magnetfeldes in nullter Ordnung lässt sich der Kontakt mit bestehender einschlägiger Literatur herstellen.     

Stresses in a long hollow cylinder subjected to a band of uniform pressure on the outer surface

Zusammenfassung Die Arbeit gibt eine Fourier-Integral-Lösung für den Spannungsverlauf in einem Hohlzylinder, der einer axialsymmetrischen Radiallast längs eines Bandes an der Aussenfläche unterworfen wird. Es wird für dünne Wände eine Methode für die Approximation der Integranden entwickelt. Damit wird die Auswertung der Interale mit der Residuenmethode möglich. Numerische Ergebnisse werden für den Fall eines unendlich schmalen Lastbandes für ein Radienverhältnis von 910 und für eine Poissonsche Zahl von 0,3 ausgegeben. Die Ergebnisse werden mit denjenigen zweier Näherungstheorien verglichen sowie mit Ergebnissen früherer numerischer Integrationen.     

Nonideal magnetogasdynamic flows in boundary layer approximation

Zusammenfassung In der vorliegenden Arbeit werden schwach konvergierende und schwach divergierende MGD-Strömungen in der Grenzschichtnäherung untersucht. Das Verhalten dieser magnetischen Grenzschicht, charakterisiert durch alleinige Berücksichtigung der magnetischen Viskosität und Vernachlässigung der dynamischen Viskosität, wird durch die starke Kopplung zwischen Magnetfeld und Strömungsfeld bestimmt. Es werden im allgemeinen durch diese Kopplung die MGD-Grenzschichtgleichungen komplizierter, so dass deren analytische Lösung nur mit Hilfe von Ähnlichkeitstransformationen möglich ist. Nur im GrenzfallR _M (magnetische Reynoldszahl sehr gross) erhält man eine analytische Lösung. Mit Hilfe bestimmter Symmetriebedingungen werden die Lösungen auf symmetrische Strömungen eingeschränkt (freier Strahl oder Kanalströmungen). Schliesslich wird noch gezeigt, dass die endliche elektrische Leitfähigkeit die Ursache der freien Turbulenz gewisser Jet-Konfigurationen ist.

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This research has been sponsored in part by the United States Government under Contract No. F61052-67-C-0014.     

Vibrationsrelaxation und Dissoziation zweiatomiger Moleküle mit Berücksichtigung von Mehrquantensprüngen und Gleichgewichtsrotation

Übersicht Es wird ein idealisiertes Stoßwellenexperiment betrachtet, bei dem eine Wärmebadmischung (X₂/Ar1) aus zweiatomigen Molekülen (X ₂H₂, O₂) und Argon plötzlich auf hohe Temperaturen gebracht wird. Durch numerische Lösung der sogenannten Mastergleichung wird der Zeitverlauf der Besetzungszahlen der Vibrationsenergieniveaus, der Dissoziationsrate und des Ratenkoeffizienten während des darauf folgenden Relaxationsprozesses bestimmt. Alle möglichen Übergänge zwischen den Energiezuständen der Vibration werden zugelassen, um den Einfluß von Mehrquantensprüngen im Gegensatz zu Einquantensprüngen aufzuzeigen. Außerdem wird eine Abschätzung durchgeführt, wie stark die Gleichgewichtsrotation der Moleküle die Dissoziation begünstigt.

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Summary An idealized shock wave experiment is considered in which a mixture of diatomic molecules (X ₂H₂, O₂) highly diluted in Ar (X ₂/Ar1) is heated instantaneously to high temperatures. The corresponding master equation is solved numerically to determine during the relaxation process the time dependence of the population in the vibrational levels, the dissociation rate, and the rate coefficient. All possible transitions are included to show the influence of multiple quantum transitions in contrast to single quantum transitions. In addition, an estimate is made of the influence of the equilibrium rotational energy on the reaction rate coefficient.

     

Problems of network flow

Zussammenfassung Eine umfangreiche Klasse von Strömungsproblemen in Leitungsnetzen wird formuliert, und zwar unter Verwendung extensiver Veränderlicher (Zu-oder Abflüsse in den Knotenpunkten) und intensiver Veränderlicher (Preise in den Knotenpunkten und Preisdifferentiale für die Leitungszweige). Die Stromstärke in einem bestimmten Leitungszweig wird als nichtabnehmende Funktion des zugehörige Preisdifferentials vorausgesetzt. Eindeutigkeits-und Extremaleigenschaften der Lösung werden festgestellt. Die angegebenen Beispiele betonen die praktische Bedeutung gemischter Randbedingungen, die in gewissen Knotenpunkten Zu-oder Abflüsse und in den restlichen Preise vorgeben.     

On the wall effect correction of the Stokes drag formula for axially symmetric bodies moving inside a cylindrical tube

Zusammenfassung In dieser Arbeit wird der Einfluss der Wand auf die Bewegung eines rotationssymmetrischen Körpers längs der Achse eines mit zäher Flüssigkeit gefüllten Rohres betrachtet. Der Widerstand des Körpers wird unter der Voraussetzung berechnet, dass die Dimensionen des Körpers gegenüber dem Radius des Rohres klein sind. Wir finden für den WiderstandD eines Körpers, der sich mit der GeschwindigkeitU längs der Achse einer zylindrischen Röhre mit dem inneren RadiusR bewegt, woD _o der Widerstand des Körpers in einer sonst den ganzen Raum füllenden Flüssigkeit, eine Konstante etwa gleich 2.203, und die Viskositätskonstante ist.

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Research done under U.S.Air Force Office of Scientific Research Contract Nr. AF 49 (638)-521.     

Influence of body forces on turbulent transport near a surface

By examining the asymptotic approach of turbulent flow to a surface, using a simplified second-order closure model of turbulent transport, the law of the wall region is extended to include the influence of body forces in an equilibrium layer. The limit of large Reynolds number is considered so the flow is only a function of surface shear stress, surface roughness, and the nature of the body force. After development of the general formulation, application to two particular flows, a rotating flow adjacent to a stationary surface and the neutral planetary boundary layer, provide examples where the region of validity is an order of magnitude larger than the usual logarithmic wall layer.

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Zusammenfassung Das Wandgesetz für turbulente Strömung wird auf den Fall erweitert, dass auch Körperkräfte auftreten. Dazu wird das asymptotische Verhalten der turbulenten Strömung in Wandnähe untersucht. Zum Schliessen des Gleichungssystemes wird ein vereinfachtes Modell zweiter Ordnung für den turbulenten Transport verwendet. Der Grenzfall sehr grosser Reynoldszahlen wird betrachtet, sodass die Strömung nur von der Wandschubspannung, der Wandrauhigkeit und der Natur der Körperkräfte abhängt. Nach herleitung der allgemeinen Zusammenhänge werden zwei Anwendungen gegeben. Es wird gezeigt, dass für Drehströmung über einer festen Wand und für eine Atmosphärengrezschicht der Geltungsbereich des Wandgesetzes eineGrössenordnung grösser wird als beim bekannten, logarithmischen Wandgesetz.

     

The influence of finite electrical conductivity on the development of magnetically driven shock in MGD-(β≪1)-approximation1)

Zusammenfassung Zur Lösung der infolge von Dissipationstermen parabolisch entarteten, ein-dimensionalen, instationären MGD Grundgleichungen wird eine numerische Lösungsmethode angegeben, die in engem Zusammenhang mit der Charakteristikentheorie entwickelt wurde und speziell im Falle schwacher Dissipation günstige Stabilitätseigenschaften hat. Mit dieser Methode wird die instationäre Ausbreitung eines magnetisch getriebenen Stosses und sein strukturelle Entwicklung numerisch untersucht. Als Grundlage für die Rechnung dienen die auf endliche magnetische Reynolds-Zahl erweiterten MGD Grundgleichungen in (1)-Approximation.

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The research described in this document was made possible by a research grant from the US government.