Anomalous flow at the inlet of pitot tubes in dilute polymer solutions part II

Summary Some correlations are presented of experimental data, which mainly concern the transition from normal to anomalous flow at the inlet of Pitot tubes in dilute polymer solutions.Such transition is associated with the onset of pressure defect, and reveals some aspects of statistical regularity; when the polymer solution is fresh, it happens at a given value of the ratio of flow velocity to Pitot tube diameter v/d, and it seems not dependent or only slightly dependent on the diameter value alone. But the aging of the solution enhances the importance of the diameter value, and the transition value of v/d increases in a different way for different diameters, more quickly in the case of the bigger ones.This behaviour together with the observation that the viscosity does not affect significantly the phenomenon, brings the authors to confirm that such solutions cannot be considered as a viscoelastic continuum, but as a fluid with a structure due to large associations of water molecules and macromolecules, whose linear dimension is significant with respect to the probe diameter.

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Sommario Vengono presentate alcune correlazioni fra i dati sperimentali che riguardano essenzialmente la transizione da flusso normale a flusso anomalo in prossimità ed all'interno della bocca dei tubi di Pitot immersi in soluzioni diluite di polimeri.La transizione è associata alla genesi del recupero incompleto di pressione e presenta caratteri di regolarità in senso statistico; con soluzioni fresche si ha transizione mediamente attorno ad un dato valore del rapporto v/d tra la velocità del flusso ed il diametro del Pitot, in modo indipendente o scarsamente dipendente dal valore del solo diametro.Ma, invecchiando la soluzione, anche il valore del diametro in sè rivela influenza, poiché il valore relativo alla transizione del rapporto v/d cresce più rapidamente per i diametri più grandi. Questo comportamento, assieme alla constatazione che la viscosità non ha influenza rilevante sul fenomeno, conduce a confermare che queste soluzioni non possono essere ritenute un continuo visco-elastico, ma piuttosto un fluido strutturato da larghe associazioni di molecole di acqua e macromolecole, con una dimensione lineare non insignificante in confronto al diametro del Pitot.

     

Boundary conditions at a liquid-vapor interface

Summary The principles of conservation of mass, momentum, and energy require that certain relationships between the flow fields be satisfied at a liquid-vapor interface. These relationships are derived in a unified way from a generalization of Kotchine's theorem which includes explicitly surface sources for momentum and energy. The case of a multi-component mixture is also considered. Finally, other boundary conditions required to obtain the full solution to a liquid-vapour flow problem are outlined and discussed. Our results are applicable to other fluid-fluid interfaces as well.

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Sommario I principi di conservazione della massa, della quantità di moto e dell'energia richiedono che esistano relazioni ben definite fra i campi di densità, velocità, pressione e temperatura alla superficie di separazione fra un liquido e il suo vapore. In questo studio tali relazioni vengono derivate a partire da una generalizzazione del teorema di Kotchine in cui si tiene conto esplicitamente delle sorgenti superficiali per la quantità di moto e l'energia. Viene anche discusso il caso in cui sia presente più di una specie chimica. Infine, si considerano e si discutono le altre condizioni al contorno necessarie per ottenere la soluzione completa di un problema coinvolgente simultaneamenta la fase liquida e quella di vapore.

     

Interaction of an obliquely rising vortex ring with a free surface in a viscous fluid

A vortex ring, which approaches a free surface under various initial conditions and different values of flow parameters, is investigated by means of numerical solutions of the Navier-Stokes equations. The study focuses on the connection process of the vortex ring with the free surface at low Reynolds number. Discrepancies between a numerical solution and experimental observations found recently with regard to the shape of the reconnected vorticity tubes have been resolved. The crucial parameter, which determines the essential differences at the low Reynolds number selected, is the angle of inclination at which the vortex ring rises toward the free surface. At an angle of inclination of 20° circular vorticity tubes at the free surface evolve, while at an angle of 45° the reconnection takes place in the form of an almost circular sheet. At higher Reynolds number this form of reconnection may change to the other form through instability. The possibility of vortex-ring reflection at the free surface is discussed.

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Sommario Usando soluzioni numeriche delle equazioni di Navier-Stokes, viene analizzato il comportamento di un vortice and anello che si avvicina ad una superficie libera, per diverse condizioni iniziali e valori dei parametri del flusso. Lo studio è incentrato sul processo di connessione del vortice adnanello con la superficie libera per bassi numeri di Reynolds. con riguardo alla forma dei tubi di vorticità riconnessi con la superficie, tutte le differenze tra osservazioni sperimentali e simulazioni numeriche sono state risolte. Per bassi numeri di Reynolds, il parametro cruciale dell' interazione è l'angolo di inclinazione tra vortice e superficie. Per un angolo di 20° si formano tubi circolari di vorticità alla superficie, mentre a 45° la riconnessione ha luogo in forma di strato sottile di vorticità. Per altri numeri di Reynolds la forma della riconnessione può cambiare in altre forme a causa dell'instabilità. Infine viene discussa la possibilità di riflessione del vortice ad anello alla superficie.

     

Rainstorm statistics conditional on soil moisture index: Temporal and spatial characteristics

Soil moisture is the primary hydrological state variable that controls and it is controlled by land surface processes. Assessment of feedback mechanisms between land surface and the atmosphere must involve soil moisture. The Midwestern region of the United States is used as a case example in the preliminary investigations on the hypothesis that the structure and development of storm events are influenced by soil moisture conditions. In particular we deal with the antecedent soil moisture condition influence on storm precipitation amounts and interstorm durations. The analysis based on observations indicates that when the soil moisture is low, the ensuing interstorm duration and drying period is anomalously long. We also show that storm precipitation amounts are larger when the antecedent soil moisture is anomalously high. This finding supports the hypotheses that the Summer 1993 floods over Midwestern United States were partially forced by moist antecedent conditions.

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Sommario L'umidità del suolo è la variabile idrological di stato primaria che controlla ed è a sua volta controllata dai processi sulla superficie del terreno. La quantificazione dei meccanismi di retroazione fra superficie del terreno ed atmosfera deve comprendere l'umidità del suolo. La regione centro-occidentale degli Stati Uniti è usata come esempio in uno studio preliminare sull'ipotesi che la struttura e lo sviluppo di eventi di precipitazione siano influenzati dalle condizioni di umidità del suolo. In particolare, viene considerata l'influenza delle condizioni antecedenti di umidità del suolo sulle quantità di precipitazione e gli intervallamenti dei vari eventi. Le analisi basate sulle osservazioni indicano, che quando l'umidità del suolo è bassa, il periodo secco di attesa della pioggia successiva è più lungo del normale. Viene anche mostrato che le quantità di precipitazione sono maggiori quando l'umidità del suolo nel periodo antecedente è più alta del normale. Questo risultato supporta l'ipotesi secondo la quale le alluvioni dell' estate del 1993 negli Stati Uniti centro-occidentali furono parzialmente causate dalle condizioni antecedenti di umidità del suolo.

     

Functional Concepts in Continuum Mechanics

This paper is an attempt to give a concise presentation of the main concepts of continuum mechanics and to show their articulation. Functional definitions have been favoured.The first section is devoted to a review of continuum mechanics.The second section deals with the mechanics of materials.Constitutive equations of the material are given first by equations of state and then by complementary equations written in order to fulfil the fundamental inequality concerning the production of entropy and the physical properties of the material (viscosity, plasticity, damage etc.).Section 3 gives the Lagrangian and the Hamiltonian formulations for a moving body. Section 4 is devoted to the motion of surfaces through which discontinuities appear, to show briefly two examples of application of the previous concepts. One can easily define the source of intrinsic inhomogeneity, of heat, of irreversible entropy on a surface of phase transition and also for a shockwave.SommarioIn questo lavoro si cerca di dare una presentazione concisa dei concetti fondamentali della meccanica dei continui e di mostrare le loro articolazioni,con particolare rilievo alle definizioni funzionali. La prima sezione è dedicata ad un esame generale introduttivo. La seconda alla meccanica dei materiali, le cui equazioni costitutive sono date come equazioni di stato e come equazioni complementari scritte al fine di soddisfare le diseguaglianze concernenti la produzionedi entropia e le proprietà fisiche dei materiali (qualiviscosità, plasticità, guasti...).La terza sezione dà le formulazioni Lagrangiana ed Hamiltoniana per il moto di un corpo.La quarta sezione è dedicata al moto di superfici di discontinuità per mostrare brevemente due esempi di applicazione dei concetti precedenti.Viene quindi definita la sorgente di disomogeneità intrinseca, di calore, di entropia irreversibile su di una superficie, di transizione di fase ed anche di un' onda d'urto.     

Non-radial flow of an incompressible fluid of second grade in a contracting channel

The steady non-radial flow of an incompressible fluid of second grade in a contracting channel is studied. The dependence of the flow on the material parameters of the fluid and on the channel angle is investigated. A similarity transformation is introduced for the streamfunction which reduces the P.D.E. to a sequence of O.D.E.s. A series solution is employed to solve the problem.

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Sommario Si studia il flusso stazionario non radiale di un fluido di secondo grado incomprimibile in un canale convergente, esaminandone la dipendenza dai parametri materiali del fluido e dall'angolo di apertura del canale. Si introduce una trasformazione di similitudine per la funzione di corrente che riduce l'equazione di moto ad una serie di equazioni differenziali ordinarie, risolte numericamente.

     

Asymptotic behaviour of solutions to the equation of constant mean curvature on a three-dimensional region

A first order differential inequality is derived for the cross-sectional energy flux of the solution to the equation of constant mean curvature defined on a three-dimensional prismatic cylinder of convex cross-section. Integration of the inequality yields estimates which are employed to prove for large values of the axial variable that the solution in measure either grows at least algebraically or decays at most exponentially to the lower dimensional cross-sectional solution. This result generalises that previously obtained by the authors for the corresponding two-dimensional problem.

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Sommario Si dimostra una disequazione differenziale del primo ordine per il flusso di energia attraverso la sezione trasversale della soluzione dell' equazione della curvatura media costante definita in un cilindro prismatico tridimensionale a sezione trasversale convessa. L'integrazione della disuguaglianza fornisce stime che sono impiegate a provare che, per grandi valori della variabile assiale la soluzione in misura o cresce almeno algebricamente o decade al più esponenzialmente alla soluzione per la sezione trasversale più piccola. Questo risultato generalizza quello ottenuto in precedenza dagli autori per il corrispondente problema bidimensionale.

     

Normal and oblique collisions of a vortex ring with a wall

The oblique collision of a vortex ring with a solid wall, atRe=/=1389, has been analysed by the direct simulation of the Navier-Stokes equations in Cartesian coordinates. In accordance with a previous experimental study [1], the secondary vorticity produced at the wall is organized into a loop-like vortex in the region of the ring furthest away from the wall. As the ring approaches the wall, the region closest is subjected to a high rate of stretching which increases the vorticity in the core. The vorticity gradients along the core generate bi-helical vortex lines continually displaced towards the region of the ring furthest away from the wall. The analysis of the vorticity and straining fields revealed that the pressure gradient along the core is responsible for the convective motion that displaces these vortex lines and accumulates secondary vorticity in the region far from the wall. This vorticity rolls up and forms a secondary structure which by self-induction moves away from the wall.The fundamental role of the differential stretching has been demonstrated by comparing the case of oblique collision with that of normal collision and with the collision of a two-dimensional vortex pair with an oblique wall.

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Sommario L'interazione di un vortice ad anello con una parete obliqua, aRe=1389, è stata analizzata mediante la simulazione diretta delle equazioni di Navier-Stokes in coordinate cartesiane. In accordo con un precedente esperimento [1] è stato evidenziato che la vorticità secondaria, prodotta alla parete, si organizza in una strutura vorticosa a loop nella regione dell'anello più lontana dalla parete. Quando il vortice si avvicina alla parete, la parte più vicina è soggetta ad un'elevata deformazione che aumenta il valore della vorticità nel core. La distribuzione non uniforme di vorticità lungo il core del vortice genera delle linee di vorticità elicoidali che vengono transportate verso la regione dell'anello più lontana dalla parete. L'analisi dei campi di vorticità e di deformazione ha rivelato che il gradiente di pressione, dovuto al campo di deformazione non uniforme lungo il core del vortice, è responsabile di un moto convettivo che trasporta le linee di vorticità ed accumula la vorticità secondaria nella regione del vortice più lontana dalla parete, dove la struttura secondaria viene generata.Il ruolo fondamentale della deformazione non uniforme è stato evidenziato mediante il confronto della collisione obliqua coni casi di collisione normale e di collisione di una coppia di vortici bidimensionali con una parete obliqua.

     

A numerical program for dealing with finite-amptlitude disturbances in plane parallel laminar flows

Summary For plane flows the behaviour of finite-amplitude disturbances, periodic in the direction of motion, is studied here in a way which is somehow similar to a numerical simulation. In fact the foundamental hypothesis which in the linear approach conducts for transverse disturbances to the well known Örr-Sommerfeld system of equations — namely that the periodic disturbance depends on time both by an exponential factor for the amplitude and a constant velocity for the phase — is not made here.This requires to solve a system of non-linear partial differential equations respect both to time and to the space coordinate orthogonal to the wall(s).Boundary conditions are written also for walls wavy in the transverse sense.Solution is found integrating step-by-step with a Runge-Kutta procedure and respect to time a system of ordinary first order differential equations obtained using a finite difference approximation for space derivatives.The method allows to study also disturbances far from the neutral ones and to have detailed information on their interaction with main flow.As an example plane Poiseuille flow at a low Reynolds number is considered.

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Sommario Il comportamento delle perturbazioni periodiche di ampiezza finita nei moti laminari piani viene studiatò con un metodo numerico che somiglia ad una simulazione.Sostanzialmente non viene fatta l'ipotesi che le perturbazioni dipendano dal tempo tramite una velocità di fase costante ed una ampiezza di tipo esponenziale; ipotesi che conduce nel caso lineare alle note equazioni di Örr-Sommerfeld.Si deve così risolvere un sistema di equazioni non lineari alle derivate parziali sia rispetto al tempo che alla coordinata ortogonalle alla parete con condizioni sulle pareti che sono state generalizzate per pareti ondulate con scanalature ortogonali al moto, anche dipendenti dal tempo.Le equazioni del moto si riducono ad un sistema ordinario di equazioni differenziali se si esprimono le derivate parziali tramite delle differenze finite. La loro integrazione rispetto al tempo è fatta col metodo di Runge Kutta-Gill del quarto ordine.Si possono così studiare anche perturbazioni lontane dalla curva di neutralità. Come esempio si studia il flusso piano di Poiseuille ad un basso numero di Reynolds.

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This work has been performed within the research group no. 7 of Consiglio Nazionale delle Ricerche.     

On the motion of conductive,homogeneous and isotropic elastic bodies in the presence of a magnetic field

Summary This paper deals first with the equations of motion of a conductive, homogeneous and isotropic elastic body subjected not only to externally applied mass forces and surface forces, but also to a uniform magnetic field, in which an induced magnetic field is generated.On the assumption that the electrical conductivity is infinite, the problem of motion is reduced to the consideration of a single differential vector equation in which the displacement of a point in the elastic body is the only unknown. The conditions that must be satisfied at the surface are then considered.Using the generalised formula of Kirchhoff, formulas expressing the Cartesian components of the displacement, the cubic dilatation and the rotation components are established by means of the so-called fundamental elements.

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Sommario In questo lavoro si considerano innanzitutto le equazioni del moto di un corpo elastico omogeneo isotropo, elettricamente conduttore, soggetto, oltre che a forze di massa e superficiali generiche, anche a un campo magnetico uniforme, e nel quale si genera un campo magnetico indotto.Nell'ipotesi di conducibilità elettrica infinita il problema di moto si riduce alla considerazione di una sola equazione differenziale vettoriale indefinita in cui è incognito il solo spostamento di un punto del corpo elastico. Vengono stabilite successivamente le condizioni che devono essere verificate in superficie.Utilizzando poi la formula generalizzata di Kirchhoff, si stabiliscono delle formule di rappresentazione delle componenti cartesiane dello spostamento, della dilatazione cubica e delle componenti della rotazione, per mezzo dei cosidetti elementi fondamentali.

     

The transient Stokes flow induced by a point source of electric current

Summary The development of the magnetohydrodynamic Stokes flow field due to the discharge of an electric current from a point into a viscous incompressible fluid bounded by a hemispherical bowl is investigated. We also discussed, as a special case, the flow induced for the case when the radius of the hemispherical bowl becomes infinitely large and showed that the time taken to establish the steady state flow in the interior of the hemisphere is reduced by a factor of ten compared with the situation where the flow takes place in a semi-infinite fluid. Our solution is analytic as compared with the existing numerical solution.

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Sommario Si studia lo sviluppo del campo di moto magnetoidrodinamico alla Stokes prodotto dall'immissione di una corrente elettrica in un punto di un fluido viscoso incomprimibile limitato dalla superficie di un emisfero. Si discute anche, come caso particolare, il moto prodotto nel caso in cui il raggio dell'emisfero diviene infinito e si dimostra che il tempo richiesto a stabilire un moto stazionario nell'emisfero si riduce di un fattore dieci rispetto alla situazione in cui il moto ha luogo in un fluido semi-infinito. La soluzione presentata è analitica, non numerica come in lavori precedenti.

     

Viscous vs. inviscid interaction of a vorticity structure with a circular cylinder

The interaction of a given two-dimensional vorticity distribution with a circular cylinder is analyzed by comparing the numerical solutions provided by an inviscid and by a viscous approach. While the vorticity dynamics of high Reynolds flows in free space shows an almost inviscid behavior, at least in the starting phase, this is not the case in the presence of a solid wall where a considerable effect of viscosity is experienced since the initial stage of the evolution. In fact, the vorticity generation process at the wall may significantly influence the overall flow field even in the case of a weak interaction.A multilevel contour dynamics technique plus a vortex sheet at the body surface are introduced to study the inviscid evolution, while a viscous vortex method has been adopted for the solution of the complete Navier-Stokes equations. An energy-like relation involving forces and other global quantities of the flow is proposed together with its use as a way to control the accuracy of the numerical solution.The numerical simulation of a vorticity patch orbiting around a circular cylinder gives an interesting source of information for the study of unsteady separation providing, at the same time, a proper test to devise a simplified model within the limit of vanishing viscosity.

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Sommario In questo lavoro si studia l'interazione di una distribuzione bidimensionale di vorticità con un cilindro circolare confrontando tra loro la soluzione numerica ottenuta dalle equazioni di Navier-Stokes con quella relativa ad un modello basato sull'ipotesi di fluido non viscoso. La dinamica di strutture vorticose nello spazio libero ad alti Reynolds ha un carattere prevalentemente non viscoso, per lo meno nella fase iniziale. Invece la presenza di una parete solida introduce nel campo nuova vorticità e di conseguenza rende importanti gli effetti viscosi già dai primi istanti dell'evoluzione anche nel caso di interazione debole.Per ottenere la soluzione in assenza di viscosità è stata utilizzata una metodologia di soluzione numerica basata sullaContour Dynamics insieme ad una discontinuità della velocità tangenziale sulla parete. La soluzione delle equazioni di Navier-Stokes è invece ottenuta con un modello viscoso a vortici. Si ricava una relazione di tipo energetico tra le forze agenti sul corpo ed altre grandezze globali del campo fluidodinamico che viene utilizzata per il controllo dell'accuratezza della soluzione numerica.La simulazione numerica del moto di una distribuzione di vorticità, inizialmente uniforme, in prossimità di un cilindro circolare, mentre permette di studiare più approfonditamente i fenomeni connessi alla separazione non stazionaria dello strato limite, offre, nel contempo, uno strumento appropriato per individuare un modello semplificato per viscosità tendente a zero.

     

Equations of motion of a multibody system and Lie groups

Usually, the methods used for forming the equations relating to the motion of a complex system are based either on the use of general theorems or on the use of conventional techniques of analytical mechanics (Lagrange or Hamilton equations). In this case the formation of the equations of motion was made using a method allowing us to draft these equations in a more synthetic form. It uses the properties of the displacement group as a LIE group. Its main advantage is that it allows a totally intrinsic analytical calculation in the vector space of the wrenches or complex forces [8]. A symbolic calculus code has been designed in order to apply this approach. Initially, we have used and tested it in any open loop multibody system. The symbolic calculus code was applied, for instance, in the context of a study into the crash of a vehicle driven into a barrier.

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Sommario I metodi più comunemente usati per formulare le equazioni relative al moto di un sistema complesso si basano o su teoremi generali o su tecniche convenzionali della meccanica analitica (equazioni di Lagrange o di Hamilton). Nel presente studio, invece, le equazioni del moto vengono formulate usando una metologia che ne permette la scrittura in una forma più sintetica, sfruttando le proprietà del gruppo degli spostamenti come di un gruppo di Lie: il principale vantaggio del metodo è di permettere un calcolo analitico totalmente intrinseco nello spazio vettoriale delle forze complesse [8]. Per poter applicare questo approccio, è stato sviluppato un codice di calcolo simbolico. Per cominciare, l'approccio è stato usato e sperimentato per un generico sistema multicorpo a loop aperto: per esempio, nel contesto di uno studio sull'urto di un veicolo su di una barriera.

     

Rigid-plastic structures subject to dynamic loads

Summary The one-degree-of-freedom response of rigid-plastic structures is investigated for a variety of single-parameter dynamic loading-functions. Specific results, valid for any structure under the set assumptions, are obtained for single-pulse and periodic loading. The possibility of linear strain-hardening or reduction of strength with deformation is introduced. In the concluding section, the results are reviewed, and possible future researches are indicated.

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Sommario Si sviluppa uno studio teorico del comportamento di strutture rigido-plastiche sottoposte a vari tipi di carichi dinamici; sia la deformazione che il carico si suppongono dipendenti da un singolo parametro, funzione del tempo. Si approfondisce lo studio dei carichi impulsivi e periodici, per cui si forniscono risultati più dettagliati (p. es. riguardo alla più pericolosa forma dell'impulso, ed allastabilizzazione delle oscillazioni sotto carichi periodici), validi per qualsiasi struttura che rispetti le ipotesi. Si introduce quindi la possibilità di variazione (in aumento o in diminuzione) della resistenza con la deformazione, e si studia in particolare la possibilità di completocollasso. Infine, nel paragrafo conclusivo si riassumono e discutono i risultati ottenuti, e si indicano alcuni possibili sviluppi di questa ricerca.

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(on leave at the Division of Engineering, Brown University, Providence, R. I., 1968/69).     

On the motion of a variable-mass rotor in a particular transient

Summary This paper considers a variable mass and diameter rotor having constant peripheral speed. Such rotor sketches a bobbin on which tape or wire are wound. Two methods of solution are being compared: the first one performs the integration of the movement equations following the Runge-Kutta method; the second, using the Bessel functions, reduces the integration itself to the solution of four differential equations of the first order independent from each other. The latter method offers greater numerical stability and requires less computing time. A numerical example is given.

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Sommario Si studia un rotore a massa e diametro variabile in cui viene mantenuta costante la velocità periferica. Tale rotore schematizza un rocchetto sul quale si avvolge filo o nastro. Si confrontano due metodi di calcolo: uno che, per la integrazione delle equazioni del moto, fa uso del metodo di Runge-Kutta, l'altro che, con l'impiego delle funzioni di Bessel, riconduce l'integrazione stessa alla integrazione di quattro equazioni differenziali del primo ordine del tutto indipendenti fra loro. Il secondo metodo presenta maggiore stabilità e richiede minore tempo di calcolo. Un esempio conclude la Nota.

     

Damping in sloshing flow with ceiling effect

Summary The sloshing flow, when the liquid free surface reaches in some instant during the oscillating period the ceiling of the tank, is analyzed. The damping factor is obtained by a simplified theory of small perturbation which evaluates the force at the ceiling on the assumption that the dominant motion of sloshing corresponds with that given by linear theory of a potential flow. The experimental investigation is carried out with a rigid tank partially filled by water, fixed to an oscillating table laterally excited by a sinusoidal force of given frequency and amplitude. The liquid velocity, near the free surface, is measured by a laser doppler velocimeter. The damping factor is obtained by the band width tecnique applied to the analysis of the velocity RMS versus the frequency of the acting force.

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Sommario Si analizza il comportamento di un liquido che riempie parzialmente un serbatoio oscillante quando il pelo libero viene in contatto con la superficie che delimita superiormente il serbatoio. Il fattore di smorzamento è valutato con una teoria di piccole perturbazioni supponendo che il moto dominante sia quello descritto dalla teoria lineare per un flusso potenziale. Prove sperimentali sono state condotte su un serbatoio rigido parzialmente riempito d'acqua e fissato su di una tavola oscillante su cui agisce una forza con andamento sinusoidale di adeguate ampiezza e frequenza. La velocità del liquido è misurata mediante un anemometro laser doppler. Il fattore di smorzamento è ottenuto analizzando il comportamento del valore efficace della velocità al variare della frequenza della forza agente.

     

One-dimensional unsteady flows of solid-liquid suspensions

Summary The partial differential equations governing the unsteady one-dimensional motion of a solid-liquid mixture in an elastic tube are derived and applied to the problem of pressure surge generation resulting from rapid flow shutdown. The momentum exchange between the phases is then assumed to be simply proportional to the relative velocity of the phases, as correct in the case of slow relative motion. This assumption permits a closed form solution of the problem by a Laplace transform technique. The physically meaningful boundary condition is assumed to be that of vanishing velocity for the fluid phase at the valve. This leads to an initial overshoot of the pressure if the density of the liquid is larger than that of the solid, at variance with previous results of Wood and Kao. Another result is that the presence of a transient in the time evolution of the pressure, discovered by the latter authors, does not play an important role in applications dealing with long tubes. This is proved by both asymptotic estimates and numerical results.

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Sommario Si ricavano le equazioni a derivate parziali che reggono il moto unidimensionale non stazionario di una miscela solido-liquido in un tubo elastico e le si applicano al problema dell'aumento di pressione prodotto da una brusca interruzione di corrente. Lo scambio di quantità di moto fra le fasi viene ritenuto semplicemente proporzionale alla loro velocità relativa, come è accurato nel caso di piccoli valori di quest'ultima. Questa ipotesi permette di ottenere una soluzione analitica del problema per mezzo della trasformata di Laplace. Si fa anche l'ipotesi che la condizione al contorno fisicamente significativa sulla valvola di chiusura sia quella di annullamento della velocità della fase fluida. Questo porta a un massimo iniziale di pressione nel caso in cui la densità del liquido sia maggiore di quella del solido, a differenza da quanto ottenuto da Wood e Kao. Un altro risultato è che la presenza di un transiente nell'evoluzione temporale della pressione, scoperto da questi autori, non gioca un ruolo importante nelle applicazioni relative a tubi sufficientemente lunghi. Questo risultato viene dimostrato sia per mezzo di stime asintotiche sia per mezzo di calcoli numerici.

     

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.

     

On plastic dynamics of discrete structural models

Summary This paper discusses the dynamic loading of rigid-perfectly plastic structures by adopting a structural model discretized with constant stress finite elements. This assumption together with the hypothesis of small displacements and of a piecewise linear yield surface leads to the formulation of a problem in linear inequalities, which is, implicitly, time discretized. It is shown how the non linearity of the associated plastic flow laws leads to an equivalent extremal formulation. A numerical algorithm for solving the problem is directly derived from the mechanical statements. Numerical examples illustrate this approach. In the appendix an approximate technique is developed, which takes into account the influence of the strain-hardening and the strain rate sensitivity of material.

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Sommario Il problema del caricamento dinamico delle strutture rigido-plastiche viene affrontato attraverso un modello discretizzato per elementi finiti a stato di sollecitazione costante. Tale assunzione insieme alle ipotesi di superficie di plasticizzazione lineare a tratti e di piccoli spostamenti, conduce alla formulazione di un problema retto da diseguaglianze lineari che si presenta discretizzato, implicitamente, nel tempo. Si mostra che la non linearità delle leggi del flusso plastico associato conduce ad una equivalente formulazione di estremo.È esposto un algoritmo risolvente affatto aderente alla formulazione meccanica. Alcuni esempi illustrano il procedimento. Una proposta di adattamento al caso di materiali incrudenti e sensibili alle velocità di deformazione è presentata in appendice.

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Research supported by the National Research Council (C.N.R. - P.A.d.I.S.) of Italy.     

A fractional derivative model for single-link mechanism vibration

A model for a flexible pinned-free link is defined, which is based on a set of linear uncoupled equations and which is even valid for large rotations. A stress-strain relationship based on fractional derivatives is used to define the material properties. Experimental findings and numerical results are compared.

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Sommario Viene definito un modello matematico lineare per lo studio della dinamica di un meccanismo a membro unico deformabile. Tale modello é costituito da equazioni disaccoppiate che rappresentano sia il moto del corpo rigido di riferimento sia i contributi modali alla vibrazione. La relazione tensione deformazione del materiale considerato é definita a mezzo di derivoidi. I risultati ottenuti numericamente sono confrontati con registrazioni sperimentali.