Spectral measurements of temperature and longitudinal velocity fluctuations in fully developed pipe flow

• Published in: International journal of heat and mass transfer 1970-01, Vol.13 (8), p.1313-1329
• Main Authors: Bremhorst, K, Bullock, K.J
• Format: Article
• Language: English
• ISSN: 0017-9310; 1879-2189
• DOI: 10.1016/0017-9310(70)90072-4

It is known that for fully developed flows the similarity between heat and momentum transfer can be studied in terms of the temperature and longitudinal velocity fluctuations at a point. Results of spectral and cross-spectral measurements are presented which show that a strong relationship exists between the velocity and temperature field at low wavenumbers but not at high wavenumbers. Considerable flow energy was found associated with wavelengths much larger than the tube diameter and new information about spectral shapes is revealed. From Taylor's hypothesis and time delayed cross-correlations, the streamwise extent of the correlation between the two fields is described. On sait que pour des écoulements entièrement établis, la similitude entre le transport de chaleur et celui de quantité de mouvement peut être étudiée à l'aide des fluctuations de température et de vitesse longitudinale en un point. Des résultats de mesures des spectres et des spectres croisés sont présentés qui montrent qu'il existe une relation étroite entre les champs de vitesse et de température aux faibles nombres d'ondes mais non aux nombres d'onde élevés. On a trouvé un flux d'énergie considérable associé à des longueurs d'onde beaucoup plus grandes que le diamétre du tube et de nouvelles informations sur les formes des spectres ont été révélées. L'étendue en aval de la corrélation entre les deux champs est décrite à partir de l'hypothèse de Taylor et des corrélations croisées avec décalage temporel. Es ist bekannt, dass für voll ausgebildete Strömungen die Ähnlichkeit zwischen Wärme- und Impulsübertragung an Hand von Temperaturänderungen und Änderungen der Längsgeschwindigkeit an ein und demselben Punkt studiert werden kann. Ergebnisse von Messungen des Turbulenzspektrums und von Kreuz- und Korrelationsmessungen zeigen, dass eine strenge Beziehung zwischen Geschwindigkeits- und Temperaturfeld bei niedrigen, nicht jedoch bei hohen Wellenzahlen besteht, wobei unter Wellenzahl eine auf die Konvektionsgeschwindigkeit bezogene Frequenz verstanden wird. Bei Wellenlängen, die viel grösser sind als der Rohrdurchmesser, wurde eine beachtenswerte Strömungsenergie beobachtet. Neue Informationen über die Formen der Spektren werden dargelegt. Ausgehend von der Taylor-Hypothese und von zeitverzögerten Kreuz-Korrelationen wird der strömungsmässige Umfang der Korrelation zwischen den beiden Feldern beschrieben.