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Kinetic energy budget of secondary motions in sinusoidally-tempered vertical turbulent pipe flow

Finke, Felix und Bauer, Christian und Wagner, Claus (2025) Kinetic energy budget of secondary motions in sinusoidally-tempered vertical turbulent pipe flow. In: 22. STAB-Workshop - Jahresbericht 2025, Seiten 136-137. 22. STAB-Workshop 2025, 2025-11-10 - 2025-11-12, Göttingen, Deutschland.

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Offizielle URL: https://www.dlr.de/de/as/aktuelles/veranstaltungen/stab/stab_workshop/stab-jahresbericht_2023.pdf/@@download/file

Kurzfassung

Solar power towers represent one of the most promising concentrated solar power technologies for future large-scale renewable energy generation. In such plants, a heliostat field focuses solar radiation onto one side of the central vertical receiver, imposing a highly non-uniform heat flux on the fluid as it ascends and descends within the receiver tubes. To get a better understanding of the secondary motions occurring in such flows, the present study investigates the kinetic energy budget of secondary motions in a sinusoidally tempered vertical turbulent pipe flow using direct numerical simulations. Thus, the incompressible Navier-Stokes equations with the Boussinesq approximation and the energy equation in their dimensionless form are discretized using a finite-volume method with fourth-order spatial accuracy, and are integrated in time employing a semi-implicit second-order Euler-Leapfrog scheme. In the present case the characteristic parameters are set to Reb=5300, Pr=0.71, Gr=9500000. The flow geometry is a smooth-walled pipe with no-slip and impermeability boundary conditions at the wall and a sinusoidally-varied wall temperature As expected, the fluid moves upward from the warmest to the coldest flow region, traveling through the pipe center where the the maximum temperature gradient occurs, and returns downward along the wall. Figure 1(b,c,d) show some examples of different terms of the kinetic energy budget of these secondary motions. Figure 1(b) depicts the production term, which is responsible for the energy transfer between secondary motions and the turbulent fluctuations. The production mechanism causes the strongest energy transfer into the turbulent velocity field in the region of maximum velocity gradients, i.e. near the lower part of the pipe wall, whereas in the remaining near-wall regions of the pipe, a reverse transfer occurs, feeding energy back from the fluctuating velocity field into the mean secondary flow. The dissipation from the secondary motions presented in Figure 1(c) is strictly negative and restricted to regions close to the pipe wall, attaining its minimum where the secondary motions are most intense.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/219097/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Titel:Kinetic energy budget of secondary motions in sinusoidally-tempered vertical turbulent pipe flow
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Finke, Felixfelix.finke (at) dlr.deNICHT 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
Datum:11 November 2025
Erschienen in:22. STAB-Workshop - Jahresbericht 2025
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
Seitenbereich:Seiten 136-137
Herausgeber:
HerausgeberInstitution und/oder E-Mail-Adresse der HerausgeberHerausgeber-ORCID-iDORCID Put Code
NICHT SPEZIFIZIERTSTABNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Name der Reihe:Jahresbericht
Status:veröffentlicht
Stichwörter:heated turbulent pipe flow, secondary motions, direct numerical simulation
Veranstaltungstitel:22. STAB-Workshop 2025
Veranstaltungsort:Göttingen, Deutschland
Veranstaltungsart:Workshop
Veranstaltungsbeginn:10 November 2025
Veranstaltungsende:12 November 2025
Veranstalter :DLR, STAB
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Verkehr
HGF - Programmthema:Schienenverkehr
DLR - Schwerpunkt:Verkehr
DLR - Forschungsgebiet:V SC Schienenverkehr
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):V - RoSto - Rolling Stock
Standort: Göttingen
Institute & Einrichtungen:Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik > Bodengebundene Fahrzeuge
Hinterlegt von: Bauer, Christian
Hinterlegt am:19 Nov 2025 11:44
Letzte Änderung:19 Nov 2025 11:44

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