Evaluation of the total absorptivity of non-gray surfaces subjected by incident thermal radiation travelling through participating media - Basso, Cesar Augusto (2022)
O fenômeno de transferência de calor por radiação é de suma importância para processos que envolvem elevadas temperaturas, como a combustão. Desta forma, para problemas usuais de engenharia, como o projeto de fornalhas e câmaras de combustão, é essencial levar em consideração os efeitos da radiação nas etapas iniciais do desenvolvimento. Entretanto, problemas envolvendo radiação térmica são complexos, ainda mais caso envolva meios participantes, como o dióxido de carbono e vapor de água, que são produtos da combustão. Para a solução deste tipo de problema, pode ser utilizado o método linha por linha (LBL), que é extremamente custoso computacionalmente devido ao elevado refinamento que exige na discretização espectral. Pode-se também empregar modelos globais para a solução, como é o caso da soma-ponderada-de-gases-cinza (WSGG). Este método possui uma acurácia com frequência muito boa para a representação de problemas envolvendo gases participantes e paredes negras. Entretanto, como no cálculo via WSGG não são conhecidas as propriedades espectrais dos gases participantes, para a representação de paredes não-cinza ocorrem divergências consideráveis contra o resultado exato, LBL. Para isso, metodologias começaram a ser desenvolvidas para contornar esta limitação. Uma delas é a adoção de uma temperatura de referência para a estimativa da absortividade da superfície não-cinza. Esta temperatura de referência foi arbitrada em estudos encontrados na literatura, trazendo bons resultados para problemas unidimensionais. A falta de um estudo aprofundado da influência das condições de contorno do problema motivou o presente estudo. Foram estudados três cenários distintos para os perfis de temperatura. A primeira com um perfil de temperatura simétrico, a segunda para perfis assimétricos, com temperatura máxima afastada da superfície não-cinza e a terceira com a temperatura máxima mais próxima da superfície. Foram avaliadas três diferentes propriedades da superfície e quatro diferentes misturas de gases participantes para cada cenário. Diferentes temperaturas de referência foram avaliadas para cada caso, com base nas temperaturas de cada perfil, buscando estimar com a maior acurácia os resultados da absortividade exata, calculada pelo método LBL. Os resultados se mostraram interessantes, visto que para todos os, foram encontradas temperaturas de referência que obtiveram divergências menores do que 10% ao resultado exato.