Integral transform method for laminar heat transfer convection of herschel-bulkley fluids within concentric annular ducts

ABSTRACT: Related momentum and energy equations describing the heat and fluid flow of Herschel-Bulkley fluids within concentric annular ducts are analytically solved using the classical integral transform technique, which permits accurate determination of parameters of practical interest in engineering such as friction factors and Nusselt numbers for the duct length. In analyzing the problem, thermally developing flow is assumed and the duct walls are subjected to boundary conditions of first kind. Results are computed for the velocity and temperature fields as well as for the parameters cited above with different power-law indices, yield numbers and aspect ratios. Comparisons are also made with previous work available in the literature, providing direct validation of the results and showing that they are consistent.

Study of electromagnetic reactions on light nuclei with the Lorentz Integral Transform method

In dieser Arbeit aus dem Bereich der Wenig-Nukleonen-Physik wird die neu entwickelte Methode der Lorentz Integral Transformation (LIT) auf die Untersuchung von Kernphotoabsorption und Elektronenstreuung an leichten Kernen angewendet. Die LIT-Methode ermoeglicht exakte Rechnungen durchzufuehren, ohne explizite Bestimmung der Endzustaende im Kontinuum. Das Problem wird auf die Loesung einer bindungzustandsaehnlichen Gleichung reduziert, bei der die Endzustandswechselwirkung vollstaendig beruecksichtigt wird. Die Loesung der LIT-Gleichung wird mit Hilfe einer Entwicklung nach hypersphaerischen harmonischen Funktionen durchgefuehrt, deren Konvergenz durch Anwendung einer effektiven Wechselwirkung im Rahmem des hypersphaerischen Formalismus (EIHH) beschleunigt wird. In dieser Arbeit wird die erste mikroskopische Berechnung des totalen Wirkungsquerschnittes fuer Photoabsorption unterhalb der Pionproduktionsschwelle an 6Li, 6He und 7Li vorgestellt. Die Rechnungen werden mit zentralen semirealistischen NN-Wechselwirkungen durchgefuehrt, die die Tensor Kraft teilweise simulieren, da die Bindungsenergien von Deuteron und von Drei-Teilchen-Kernen richtig reproduziert werden. Der Wirkungsquerschnitt fur Photoabsorption an 6Li zeigt nur eine Dipol-Riesenresonanz, waehrend 6He zwei unterschiedliche Piks aufweist, die dem Aufbruch vom Halo und vom Alpha-Core entsprechen. Der Vergleich mit experimentellen Daten zeigt, dass die Addition einer P-Wellen-Wechselwirkung die Uebereinstimmung wesentlich verbessert. Bei 7Li wird nur eine Dipol-Riesenresonanz gefunden, die gut mit den verfuegbaren experimentellen Daten uebereinstimmt. Bezueglich der Elektronenstreuung wird die Berechnung der longitudinalen und transversalen Antwortfunktionen von 4He im quasi-elastischen Bereich fuer mittlere Werte des Impulsuebertrages dargestellt. Fuer die Ladungs- und Stromoperatoren wird ein nichtrelativistisches Modell verwendet. Die Rechnungen sind mit semirealistischen Wechselwirkungen durchgefuert und ein eichinvarianter Strom wird durch die Einfuehrung eines Mesonaustauschstroms gewonnen. Die Wirkung des Zweiteilchenstroms auf die transversalen Antwortfunktionen wird untersucht. Vorlaeufige Ergebnisse werden gezeigt und mit den verfuegbaren experimentellen Daten verglichen.

Nonlinear integral equation methods for the reconstruction of an acoustically sound-soft obstacle

The problem considered is that of determining the shape of a planar acoustically sound-soft obstacle from knowledge of the far-field pattern for one time-harmonic incident field. Two methods, which are based on the solution of a pair of integral equations representing the incoming wave and the far-field pattern, respectively, are proposed and investigated for finding the unknown boundary. Numerical resultsare included which show that the methods give accurate numerical approximations in relatively few iterations.

Calculation of line integrals in boundary integral methods

We propose quadrature rules for the approximation of line integrals possessing logarithmic singularities and show their convergence. In some instances a superconvergence rate is demonstrated.

Structure optimization combining soft-core interaction functions, the diffusion equation method, and molecular dynamics

Smoothing the potential energy surface for structure optimization is a general and commonly applied strategy. We propose a combination of soft-core potential energy functions and a variation of the diffusion equation method to smooth potential energy surfaces, which is applicable to complex systems such as protein structures; The performance of the method was demonstrated by comparison with simulated annealing using the refinement of the undecapeptide Cyclosporin A as a test case. Simulations were repeated many times using different initial conditions and structures since the methods are heuristic and results are only meaningful in a statistical sense.

Modelling of weather radar echoes from anomalous propagation using a hybrid parabolic equation method and NWP model data

Contamination of weather radar echoes by anomalous propagation (anaprop) mechanisms remains a serious issue in quality control of radar precipitation estimates. Although significant progress has been made identifying clutter due to anaprop there is no unique method that solves the question of data reliability without removing genuine data. The work described here relates to the development of a software application that uses a numerical weather prediction (NWP) model to obtain the temperature, humidity and pressure fields to calculate the three dimensional structure of the atmospheric refractive index structure, from which a physically based prediction of the incidence of clutter can be made. This technique can be used in conjunction with existing methods for clutter removal by modifying parameters of detectors or filters according to the physical evidence for anomalous propagation conditions. The parabolic equation method (PEM) is a well established technique for solving the equations for beam propagation in a non-uniformly stratified atmosphere, but although intrinsically very efficient, is not sufficiently fast to be practicable for near real-time modelling of clutter over the entire area observed by a typical weather radar. We demonstrate a fast hybrid PEM technique that is capable of providing acceptable results in conjunction with a high-resolution terrain elevation model, using a standard desktop personal computer. We discuss the performance of the method and approaches for the improvement of the model profiles in the lowest levels of the troposphere.

Künstliche Randbedingungen und Algebraische Äquivalenzen in der Elastizitätstheorie

In dieser Arbeit werden zwei Aspekte bei Randwertproblemen der linearen Elastizitätstheorie untersucht: die Approximation von Lösungen auf unbeschränkten Gebieten und die Änderung von Symmetrieklassen unter speziellen Transformationen. Ausgangspunkt der Dissertation ist das von Specovius-Neugebauer und Nazarov in "Artificial boundary conditions for Petrovsky systems of second order in exterior domains and in other domains of conical type"(Math. Meth. Appl. Sci, 2004; 27) eingeführte Verfahren zur Untersuchung von Petrovsky-Systemen zweiter Ordnung in Außenraumgebieten und Gebieten mit konischen Ausgängen mit Hilfe der Methode der künstlichen Randbedingungen. Dabei werden für die Ermittlung von Lösungen der Randwertprobleme die unbeschränkten Gebiete durch das Abschneiden mit einer Kugel beschränkt, und es wird eine künstliche Randbedingung konstruiert, um die Lösung des Problems möglichst gut zu approximieren. Das Verfahren wird dahingehend verändert, dass das abschneidende Gebiet ein Polyeder ist, da es für die Lösung des Approximationsproblems mit üblichen Finite-Element-Diskretisierungen von Vorteil sei, wenn das zu triangulierende Gebiet einen polygonalen Rand besitzt. Zu Beginn der Arbeit werden die wichtigsten funktionalanalytischen Begriffe und Ergebnisse der Theorie elliptischer Differentialoperatoren vorgestellt. Danach folgt der Hauptteil der Arbeit, der sich in drei Bereiche untergliedert. Als erstes wird für abschneidende Polyedergebiete eine formale Konstruktion der künstlichen Randbedingungen angegeben. Danach folgt der Nachweis der Existenz und Eindeutigkeit der Lösung des approximativen Randwertproblems auf dem abgeschnittenen Gebiet und im Anschluss wird eine Abschätzung für den resultierenden Abschneidefehler geliefert. An die theoretischen Ausführungen schließt sich die Betrachtung von Anwendungsbereiche an. Hier werden ebene Rissprobleme und Polarisationsmatrizen dreidimensionaler Außenraumprobleme der Elastizitätstheorie erläutert. Der letzte Abschnitt behandelt den zweiten Aspekt der Arbeit, den Bereich der Algebraischen Äquivalenzen. Hier geht es um die Transformation von Symmetrieklassen, um die Kenntnis der Fundamentallösung der Elastizitätsprobleme für transversalisotrope Medien auch für Medien zu nutzen, die nicht von transversalisotroper Struktur sind. Eine allgemeine Darstellung aller Klassen konnte hier nicht geliefert werden. Als Beispiel für das Vorgehen wird eine Klasse von orthotropen Medien im dreidimensionalen Fall angegeben, die sich auf den Fall der Transversalisotropie reduzieren lässt.

Approximate solutions and error estimates for a Stokes boundary value problem

The aim of this paper is the numerical treatment of a boundary value problem for the system of Stokes' equations. For this we extend the method of approximate approximations to boundary value problems. This method was introduced by V. Maz'ya in 1991 and has been used until now for the approximation of smooth functions defined on the whole space and for the approximation of volume potentials. In the present paper we develop an approximation procedure for the solution of the interior Dirichlet problem for the system of Stokes' equations in two dimensions. The procedure is based on potential theoretical considerations in connection with a boundary integral equations method and consists of three approximation steps as follows. In a first step the unknown source density in the potential representation of the solution is replaced by approximate approximations. In a second step the decay behavior of the generating functions is used to gain a suitable approximation for the potential kernel, and in a third step Nyström's method leads to a linear algebraic system for the approximate source density. For every step a convergence analysis is established and corresponding error estimates are given.

FastAero – A Precorrected FFT – Fast Multipole Tree Steady and Unsteady Potential Flow Solver

In this paper a precorrected FFT-Fast Multipole Tree (pFFT-FMT) method for solving the potential flow around arbitrary three dimensional bodies is presented. The method takes advantage of the efficiency of the pFFT and FMT algorithms to facilitate more demanding computations such as automatic wake generation and hands-off steady and unsteady aerodynamic simulations. The velocity potential on the body surfaces and in the domain is determined using a pFFT Boundary Element Method (BEM) approach based on the Green’s Theorem Boundary Integral Equation. The vorticity trailing all lifting surfaces in the domain is represented using a Fast Multipole Tree, time advected, vortex participle method. Some simple steady state flow solutions are performed to demonstrate the basic capabilities of the solver. Although this paper focuses primarily on steady state solutions, it should be noted that this approach is designed to be a robust and efficient unsteady potential flow simulation tool, useful for rapid computational prototyping.

Boundary integral methods in high frequency scattering

In this article we review recent progress on the design, analysis and implementation of numerical-asymptotic boundary integral methods for the computation of frequency-domain acoustic scattering in a homogeneous unbounded medium by a bounded obstacle. The main aim of the methods is to allow computation of scattering at arbitrarily high frequency with finite computational resources.

Solvability and spectral properties of integral equations on the real line: I. Weighted spaces of continuous functions

We consider in this paper the solvability of linear integral equations on the real line, in operator form (λ−K)φ=ψ, where and K is an integral operator. We impose conditions on the kernel, k, of K which ensure that K is bounded as an operator on . Let Xa denote the weighted space as |s|→∞}. Our first result is that if, additionally, |k(s,t)|⩽κ(s−t), with and κ(s)=O(|s|−b) as |s|→∞, for some b>1, then the spectrum of K is the same on Xa as on X, for 01. As an example where kernels of this latter form occur we discuss a boundary integral equation formulation of an impedance boundary value problem for the Helmholtz equation in a half-plane.

On the solvability of second kind integral equations on the real line

This paper considers general second kind integral equations of the form(in operator form φ − kφ = ψ), where the functions k and ψ are assumed known, with ψ ∈ Y, the space of bounded continuous functions on R, and k such that the mapping s → k(s, · ), from R to L1(R), is bounded and continuous. The function φ ∈ Y is the solution to be determined. Conditions on a set W ⊂ BC(R, L1(R)) are obtained such that a generalised Fredholm alternative holds: If W satisfies these conditions and I − k is injective for all k ∈ W then I − k is also surjective for all k ∈ W and, moreover, the inverse operators (I − k) − 1 on Y are uniformly bounded for k ∈ W. The approximation of the kernel in the integral equation by a sequence (kn) converging in a weak sense to k is also considered and results on stability and convergence are obtained. These general theorems are used to establish results for two special classes of kernels: k(s, t) = κ(s − t)z(t) and k(s, t) = κ(s − t)λ(s − t, t), where κ ∈ L1(R), z ∈ L∞(R), and λ ∈ BC((R\{0}) × R). Kernels of both classes arise in problems of time harmonic wave scattering by unbounded surfaces. The general integral equation results are here applied to prove the existence of a solution for a boundary integral equation formulation of scattering by an infinite rough surface and to consider the stability and convergence of approximation of the rough surface problem by a sequence of diffraction grating problems of increasingly large period.