Generalized integral transforms related to the theory of potential and Stokes flow

Abstract

The main concern of this Dissertation is focused on the derivation of novel integral formulation for simple problems. This alternative integral representations display a rapid decay as the complex parameter involved tends to infinity and are therefore suitable for numerical computations and for the study of the asymptotic properties of those solutions. There is also another important advantage attached to the novel formulae presented. These integral representations are useful for solving changing type boundary value problems (such as Dinchlet data on part of the boundary and Neumann data on the complementary of the boundary). The following problems are analyzed: (a) The Laplacian operator in the interior of a Square, (b) the Laplacian operator in the interior and exterior of a Sphere and (c) the Stokes operator concerning the irrotational flow of an incompressible viscous fluid. Moreover, the behaviour of the Gegenbauer functions of the first and second kind of general complex degree and order on the cut (1+1) are examined.

Με οδηγό μια νέα μεθοδολογία επίλυσης Μερικών Διαφορικών Εξισώσεων (ΜΔΕ) προβλήματα που σχετίζονται με την θεωρία Δυναμικού όπως επίσης και με την ροή Stokes αναλύονται. Απώτερος σκοπός αποτελεί η ανάπτυξη ολοκληρωτικών αναπαραστάσεων οι οποίες χαρακτηρίζονται από ταχεία σύγκλιση με σκοπό να χρησιμοποιηθούν στην ασυμπτωτική μελέτη στην αριθμητική ανάλυση όπως επίσης και στην επίλυση προβλημάτων μεικτών συνοριακών συνθηκών (π.χ. δεδομένα Dirichlet στο ένα κομμάτι του συνόρου και δεδομένα Neumann στο υπόλοιπο). Συγκεκριμένα τα ακολούθα προβλήματα αναλύονται: (α) Εξίσωση Laplace στο εσωτερικό ενός τετράγωνου, (β) εξίσωση Laplace στο εσωτερικό και εξωτερικό μιας σφαίρας και (γ) εξίσωση αστρόβιλης ροής Stokes (Ε²) στο εσωτερικό ενός σφαιρικού κελύφους το οποίο στην συνέχεια καταλήγει με οριακές διαδικασίες στο εσωτερικό και εξωτερικό μιας σφαίρας. Τέλος, παρουσιάζονται αναπτύγματα και ασυμπτωτικές εκφράσεις των συναρτήσεων Gegenbauer.