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Cross-validation of numerical and experimental data in turbulent pipe flow with new scaling correlations

Zanoun, El-Sayed und Bauer, Christian und Wagner, Claus und Durst, Franz und Egbers, Christoph und Bellani, Gabrielle und Talamelli, Alessandro (2025) Cross-validation of numerical and experimental data in turbulent pipe flow with new scaling correlations. Journal of Turbulence, Seiten 1-22. Taylor & Francis. doi: 10.1080/14685248.2025.2560314. ISSN 1468-5248.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
4MB

Offizielle URL: https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/14685248.2025.2560314

Kurzfassung

The dependence of turbulence statistics and wall friction on Reynolds number in fully developed turbulent pipe flow remains a fundamental subject in fluid mechanics. This paper cross-validates experimental and numerical results, focusing on the scaling of turbulence statistics at the pipe centerline and across the inner-outer flow region. Pipe flow experiments were reviewed for friction Reynolds numbers 810 ≤ Reτ ≤ 55 × 103, where Reτ = uτ R/ν, uτ is the wall friction velocity, R the pipe radius, and ν the kinematic viscosity. Complementary DNS data for 180 ≤ Reτ ≤ 2880 provide detailed insight into near-wall turbulence. A novel friction correlation, Reτ = 0.048 × Re0.923 c is introduced, predicting pipe-wall friction across a wide range of Rec with accuracy better than ±2.06%, where Rec is the Reynolds number based on the centerline velocity Uzc. This correlation enables reliable friction estimates from centerline single-point measurements or DNS data without requiring near-wall or pressure-gradient information and is validated by consistent agreement with both experiments and DNS. The monotonic decrease in centerline turbulence intensity $\langle u^{\prime 2}_z\rangle^{1/2}/Uzc$ with increasing Rec is explained using the streamwise mean momentum equation. Finally, azimuthal spatial filtering of DNS data highlights the limitations of hot-wire resolution near the wall. For Reτ ≥ 2880, higher-order experimental statistics agree well with DNS for y+ ≥ 30 and into the logarithmic region, with both datasets equally well described by logarithmic or power-law correlations, while near-wall discrepancies remain due to resolution limits.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/217596/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Cross-validation of numerical and experimental data in turbulent pipe flow with new scaling correlations
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Zanoun, El-SayedBrandenburgische Technische Universität CottbusNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Bauer, ChristianChristian.Bauer (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-1838-6194NICHT SPEZIFIZIERT
Wagner, ClausClaus.Wagner (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-2273-0568NICHT SPEZIFIZIERT
Durst, FranzUniversität ErlangenNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Egbers, ChristophBrandenburgische Technische Universität CottbusNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Bellani, GabrielleUniversita di BolognaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Talamelli, AlessandroUniversita di BolognaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:16 Oktober 2025
Erschienen in:Journal of Turbulence
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
DOI:10.1080/14685248.2025.2560314
Seitenbereich:Seiten 1-22
Herausgeber:
HerausgeberInstitution und/oder E-Mail-Adresse der HerausgeberHerausgeber-ORCID-iDORCID Put Code
NICHT SPEZIFIZIERTTaylorFrancis onlineNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Verlag:Taylor & Francis
ISSN:1468-5248
Status:veröffentlicht
Stichwörter:turbulent pipe flow, turbulence statistics, DNS, experiment
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Standort: Göttingen
Institute & Einrichtungen:Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik > Bodengebundene Fahrzeuge
Hinterlegt von: Bauer, Christian
Hinterlegt am:22 Okt 2025 11:48
Letzte Änderung:22 Okt 2025 11:48

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