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.     

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.     

On the equations of fully fluidized granular materials

Equations for fully fluidized granular materials are proposed and are solved in a simple case. In fully fluidized granular materials, the granular particles slip or collide with each other and energy is dissipated. In describing the energy dissipation process characteristic to granular materials, a measure of random motion of granular particles is introduced as a new internal variable. We derive the constitutive equations by using a simple kinematical model of the collision of particles. The set of equations for fully fluidized granular materials obtained has properties similar to the equations that describe turbulence. For reasonable assumptions, these equations predict the results of Bagnold, namely that the shear and normal stress depend upon the square of the velocity gradient. In case of steady one-dimensional gravity flow the calculated flow profiles resemble experimental ones.

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Résumé Des équations pour des matériaux granulés entièrement fluides sont proposées et résolues dans un cas simple. Par le frottement et les collisions des particules entre elles, de l'énergie est dissipée. Pour décrire l'énergie de dissipation, on introduit une mesure du mouvement aléatoire des particules comme nouvelle variable intense. Un module cinématique simple de la collision des particules permet d'établir les équations. Ces équations ont des propriétés semblables aux équations de la turbulence. Sous des hypothèses raisonnables, elles prédisent les résultats de Bagnold, à savoir que l'abrasion et la tension normale dépendent du gradient de la vitesse. Pour un flux de granité stable, les profils de flux calculés ressemblent à ceux obtenus expérimentalement.

     

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.

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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.

     

Asymptotic representation of the cycle of Van der Pol's equation for small damping coefficients

Résumé Le cycle limite de l'équation de Van der Pol est développé en série potentielle selon le coefficient d'amortissement ; les coefficients de la série sont des sommes trigonométriques finies ayant le temps pour argument. Du fait que ces développements sont produits sur ordinateur de manière complètement automatique, on a pu les pousser jusqu'à une puissance élevée de . Aussi, même pour des valeurs de aussi, élevées que 1.75, les estimations de l'amplitude et de la période fournie par les séries ne s'écartent pas de plus de 10^–3 des valeurs correctes; ces dernières ont été calculées en intégrant par séries de puissances récurrentes l'équation de Van der Pol et l'équation aux variations qui lui est associée.     

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.     

Formation and decay of electromagnetic shock waves

Résumé Ce traité se rapporte principalement à la dérivation de la loi de détérioration asymptotique pour les ondes de choc électromagnetiques faibles se propageant dans un milieu de type ferromagnétique. On dérive la loi de détérioration pour les paramètres de choc en utilisant une, technique de corrélation entre une des solutions d'une onde simple et les équations d'un choc faible.     

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.     

A second order boundary layer solution for separated flow past a bluff body

In this investigation second order boundary layer solutions are obtained for subsonic, plane flow over a circular cylinder with a wake. The outer flow due to displacement thickness is obtained by extending a first order solution, which includes wake effects. This enables realistic solutions for the displacement effect to be calculated as well as for the curvature effect. It is shown that as the first order separation point is approached the magnitudes of the second order velocity components become large and the surface shear becomes large and negative. There is also a significant upstream shift in the position of the separation point.

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Résumé Dans ce travail, on obtient des solutions du second ordre des équations de la couche limite pour un écoulement subsonique plan autour d'un cylindre circulaire avec un sillage. On obtient l'écoulement extérieur dû à l'épaisseur de déplacement en étendant une solution du premier ordre qui comprend les effets du sillage. Ceci permet de calculer des solutions réalistes pour l'effet de déplacement ainsi que pour l'effet de courbure. On montre que les composantes de la vitesse du second ordre de même que la tension tangentielle deviennent très grandes et cette dernière négative au voisinage du point de décollement du premier ordre. Il y a aussi un déplacement significatif vers l'amont de la position du point de décollement.

     

Densité spectrale neutronique de puissance, fonction de transfert et bruit d'entrée d'un réacteur nucléaire à eau bouillante

Considérant un réacteur nucléaire à eau bouillante comme un système physique ponctuel soumis à un processus de Markov, les équations de Chapman-Kolmogorov, Fokker-Planck et Langevin nous permettent de calculer successivement la fonction de transfert (FT), la densité spectrale de puissance de bruit neutronique (DSP) et le bruit d'entrée du réacteur (BE). Compte tenu des ordres de grandeurs numériques des paramètres nucléaires d'un réacteur à eau bouillante, une forme analytique approchée est proposée pour ces trois fonctions, ce qui permet en particulier d'interpréter aisément la présence d'un pic caractéristique de la contre-réaction due à l'ébullition tant sur la DSP que sur la FT. Les limites dans lesquelles ces approximations sont valables sont également indiquées.     

Übersprechen bei gekoppelten Leitungen und nichtlinearen Abschlüssen

Résumé Cet article présente une méthode éxacte de calcul des réflexions et des interférences dans un système quelconque de conducteurs parallèles. Aux deux extrémités de chaque conducteur est connectée une résistance non-linéaire.D'abord, les équations différentielles générales d'un système de N conducteurs sont résolues. A titre d'exemple, la solution d'un système symétrique de 3 conducteurs (2 conducteurs identiques par rapport à ia terre) est calculée en détail.Il est ensuite montré, à l'aide de l'exemple du système symétrique de 3 conducteurs, comment les résistances terminales à caracteristiques non-linéaires quelconques sont considérées en tant que conditions aux limites des équations différentielles. La méthode décrite a été développée pour le calcul des systèmes digitaux ayant de longs conducteurs et les résultats concordent très bien avec les mesures.     

Interference patterns of zonal gratings: Application to rheology of polymers

Résumé Cet article présente la théorie des franges de moiré créées par des réseaux circulaires de pas égal ou légérement différent. Nous avons établi les équations différentielles reliant les lignes de reférence et les lignes du modèle avec les franges de moiré produites par la superposition de ces deux familles de lignes. Les franges de moiré fournissent les ellipses de déplacement dans un champ de déformation uniforme. Ces franges ont été utilisées pour mésurer simultanément la complaisance de fluage et le coefficient de contraction latérale d'une matière viscoelastique linéaire le long de son spectre viscoélastique entier.On est arrivé à demontrer que le coefficient de la contraction latérale est une fonction monotone croissante qui tend asymptotiquement vers la valuer limite de 0.5 valable pour toute matière incompressible. Les fonctions caractéristiques de la complaisance de fluage à la traction et le coefficient de contraction latérale sont suffisantes pour la définition viscoélastique complète de la matière.Les résultats obtenus ont été comparés avec succès à ceux qui ont été déduits d'une méthode indirecte qui utilise une seule fonction caractéristique le long du spectre viscoélastique entier de la matière et la valeur initiale d'une autre fonction.     

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.     

Densité spectrale neutronique de puissance,fonction de transfert et bruit d'entrée d'un réacteur nucléaire à eau bouillante

Résumé Considérant un réacteur nucléaire à eau bouillante comme un système physique ponctuel soumis à un processus de Markov, les équations de Chapman-Kolmogorov, Fokker-Planck et Langevin nous permettent de calculer successivement la fonction de transfert (FT), la densité spectrale de puissance de bruit neutronique (DSP) et le bruit d'entrée du réacteur (BE). Compte tenu des ordres de grandeurs numériques des paramètres nucléaires d'un réacteur à eau bouillante, une forme analytique approchée est proposée pour ces trois fonctions, ce qui permet en particulier d'interpréter aisément la présence d'un pic caractéristique de la contre-réaction due à l'ébullition tant sur la DSP que sur la FT. Les limites dans lesquelles ces approximations sont valables sont également indiquées.Recherche partiellement subventionnée par le Fonds National de la Recherche Scientifique, subside no. 2.178.74.     

The decay of a magnetohydrodynamic shock wave

Résumé On utilise l'analyse linéaire pour étudier les faibles perturbations non-isentropiques des équations relatives aux écoulements unidimensionnels et non-stationnaires d'un fluide non visqueux idéal, parfaitement conducteur de l'électricité et compressible, soumis à l'action d'un champ magnétique transversal. On utilise la solution générale de la perturbation non-isentropique d'un écoulement par ondes simples centrées pour déterminer la perturbation qui se manifeste lorsqu'une onde de choc magnétohydrodynamique, tout d'abord uniforme et de force arbitraire, rencontre le régime d'onde simple.Dans le cas limité d'un champ magnétique nul, la solution se réduit exactement à celle du problème correspondant de la dynamique classique des gaz. C'est la une confirmation de la validité de la théorie.

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This research was supported by National Science Foundation grant GP 87190.     

Inequalities of Korn and Friedrichs in elasticity and potential theory

Summary Integral inequalities for quadratic functionals arising in plane elasticity and two-dimensional potential theory are discussed and related. Information on the optimal constants (which depend on the domain geometry) is obtained through consideration of associated eigenvalue problems.

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Résumé On discute des inegalités integrales pour les fonctionnelles quadratiques de l'élasticité plane et la théorie du potential dans le plan, et établit une correspondance entre elles. La considération des problèmes aux valeurs propres associés permet d'obtenir des indications sur les constantes les meilleures (qui dépendent de la géometrie du domaine).

     

Analysis of unsteady incompressible jet nozzle flow

Summary The mechanics of pulsed flow in a nozzle is analyzed by using the Lagrangian forms of the conservation equations for total mass and energy and the unsteady version of the Bernoulli equation. The results of the study are presented in simple formulas for predicting pressure profiles within the nozzle during the process as well as the jet velocity as a function of time. Examples are presented illustrating those parameters which are of importance and how they influence the performance of the nozzle.

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Sommaire La mécanique d'un écoulement transitaire à travers une buse est analysée à l'aide des formes de Lagrange des équations de conservation de la masse totale et de l'énergie et à l'aide de la version non-stationnaire de l'équation de Bernoulli. Les résultats de cette étude sont présentés sous la forme de formules simples prédisant aussi bien les profils de pression à l'intérieur de la buse que la vitesse du jet en fonction du temps. Des exemples montrent ceux des paramètres qui sont importants et de quelle manière ils influencent les performances de la buse.

     

Some general principles of dynamic instability of solid bodies

Résumé Ce travail représente une étude de l'équilibre des corps solides, avec un intérêt special accordé aux corps élastiques et à ceux de Voigt-Kelvin. Les efforts appliqués peuvent avoir des composants non conservatifs et gyroscopiques, quoique la dépendance explicite du temps soit exclue. Il est bien connu que, pour une catégorie de problèmes tellement large, l'établissement des conditions de la stabilité par les méthodes classiques de statique ou d'énergie n'est pas toujours applicable.Le traitement du problème essaie d'être assez compréhensif. En utilisant la méthode des vibrations modales on établie des critères généraux de stabilité sur la base d'une «énergie équivalente». Ces critères sont d'une telle généralité qu'ils contiennent, comme cas spéciaux, les critères publiés auparavant. En plus, de nouveaux principes ont été développés et démontrés à l'aide d'un exemple numérique.

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This work was supported by the National Science Foundation through Grant GK-368 to the University of Illinois at Chicago Circle.     

Weak shocks in dissipative systems

The equations governing the propagation of weak shocks in nonuniform or rate dependent media are derived in terms of the applied signal function. It is first necessary to find, the second order nonlinear geometrical acoustics solution outside the shock. It is shown that for such dissipative systems, the shock speed, to first order in the amplitude, is the arithmetic mean of the characteristic speed in the front and back of the shock. This result is found by two methods one of which, surprisingly, is independent of the details of the second order solution.

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Résumé En fonction du signal appliqué, on dérive les équations qui régissent la propagation de chocs faibles dans des milieux inhomogènes, ou dont les propriétés dépendent de la force du signal. Il s'avère d'abord nécessaire d'obtenir une solution du deuxième ordre de géométrie acoustique nonlinéaire à l'extérieur du choc. On démontre ensuite que pour ces systèmes dissipatifs la vitesse de choc, au premier ordre d'amplitude, est égale à le moyenne arithmétique des vitesses caractéristiques devant et derrière le choc. Ce résultat est démontré de deux façons dont l'une, chose assez surprenante, se révèle indépendante des détails de la solution du deuxième ordre.

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Supported in part by Grant No. A9117 from the National Research Council, Canada.     

Optimization problems in magnetohydrodynamic flows

Résumé On traite le problème des conditions de maximum de conversion d'énergie dans les générateurs magnétohydrodynamique pour les écoulements incompressibles et compressibles, et pour les cas ou les électrodes sont répartis soit en sections finies soit en sections continues. Les conditions d'optimalité sont trouvées pour les cas finis par le principe de Bellman, et pour le cas de repartition infinie des électrodes par l'équation fondamentale de la programmation dynamique.