Modelagem de radiação-condução acopladas em misturas de gases reais pelo metodo das ordenadas discretas e aplicação na modelagem de janelas termicas com gases absorventes

Orientador : Kamal A. R. IsmailTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia MecanicaResumo: A radiação tem um papel muito importante na transferência de energia em variadas aplicações científicas e da engenharia. A determinação dos fluxos radiativos nas superfícies e os termos radiativos volumétricos em meios contendo gases reais é dificil devido à forte dependência do coeficiente de absorção destes gases no número de onda. Um dos objetivos deste trabalho é desenvolver e aplicar um método para a solução espectral da equação de transferência de calor por radiação e condução combinadas em misturas de gases não cinzentos em casos homogêneos e não homogêneos e ou outro é sua aplicação na solução de problemas práticos de aplicação na pesquisa científica e na engenharia. Aplica-se especificamente neste trabalho na modelagem térmica de janelas térmicas com gases absorventes de radiação inftavermelha. Na solução da equação de transporte radiativo é utilizado o método das ordenadas discretas. Proporse um método eficiente e capaz de eliminar o efeito raio em complexas situações bidimensionais, validando o algoritmo em variadas situações bidimensionais. Depois de alcançar esta meta, este procedimento e algoritmo serão utilizados no cálculo de transferência de calor por condução e radiação acopladas, validando os algoritmos por comparação com soluções de casos teste padrão obtidos e utilizados na literatura. O passo seguinte é a utilização desses algoritmos numéricos em cada etapa da solução numérica dos casos complexos de transferência de calor por radiação em gases reais ou não cinzentos e em misturas destes gases onde tem que se fazer a integração espectral das equações de transporte radiativo. Adota-se um modelo de integração espectral para gases reais baseado no conceito de correlação de espectro local que pode tratar de maneira geral, misturas de gases reais, não isotérmicos, não homogêneos e também com particulados tais como fuligem. O modelo de gás real e o algoritmo numérico são validados pela aplicação do modelo em casos teste na literatura. Os métodos de solução geral da equação de transporte radiativo acoplado ao mecanismo de transferência de calor por condução e dos modelos de integração espectral para misturas de gases reais que são desenvolvidas neste trabalho mostram-se úteis para o tratamento de inúmeros problemas que vão desde os problemas de combustão com gases homogêneos e não homogêneos e foram utilizados aqui para a validação dos modelos de gases reais, problemas a temperaturas ambientais e outros que não foram tratados aqui. Depois de ter-se validados o modelo de integração espectral da equação de transporte radiativo aplica-se o modelo na modelagem numérica da transferência de calor por radiação e condução combinadas em janelas térmicas com gases absorventes de radiação inftavermelha para casos bidimensionais. O desempenho térmico da janela é avaliadoAbstract: Determination of superficial radiative heat flux and volumetric source tenn in real gas media is difficult due the strong dependency of absorption coefficient to wavenumber. One objective of this work is to develop and to apply one method for spectrally radiation-conduction heat transfer solution in homogeneous and non-homogeneous real gases mixtures. Another objective is to apply the method for practical problems in engineering and scientific research. In this work, the method was applied to thermal modeling of a glass window filled with infrared absorbing gases. Radiative transport equation solution is obtained using the discrete ordinates method. An eflicient method for eliminate the. ray effect in complex two-dimensional situations is proposed and the algorithm is validated against different two-dimensional cases. The procedure and algorithm are used in coupled radiation-conduction heat transfer problems. Comparison of results with literature benchmark test cases is done for validation. The next step is to use the numerical -algorithms in the solution for complex cases of radiative heat transfer in non-gray gases and in non-gray gases mixtures where spectrally integration of radiative transport equations is needed. The model of local spectrum correlation is adopted for spectral integration of radiative transport equation. This model supports non-isothermal and non-homogeneous real gases mixtures. Also, it supports gases mixtures with addition of soot. The real gas model and the numeric algorithm are validated for comparison with results taken trom the literature. Finally, the development method is applied for to numerical modeling of the coupled radiation-conduction heat transfers in glazing filled with infrared absorbing gases mixtures. The thermal performance of the glazing is calculated.DoutoradoTermica e FluidosDoutor em Engenharia Mecânic