A wide-band formulation based on the weighted-sum-of-gray-gases model for participating media with soot - Fonseca, Roberta Juliana Collet da (2022)
Em problemas de combustão, os quais ocorrem em temperaturas elevadas, a radiação térmica tende a ser o mecanismo de transferência de calor dominante. O fato de o coeficiente de absorção de um gás apresentar um comportamento que varia fortemente com o número de onda torna complexo o estudo de problemas radiativos. Através da integração linha-por-linha (LBL), pode se resolver acuradamente a equação da transferência radiativa (RTE); no entanto, a sua utilização pode ser proibitiva em alguns cenários devido ao alto esforço computacional necessário para se contabilizar as milhões de linhas espectrais que compõem o espectro de absorção de um gás participante. Modelos espectrais, como a soma-ponderada-de-gases-cinzas (WSGG), têm sido desenvolvidos como alternativas à solução da RTE com baixo custo computacional e boa acurácia. Nesse método, o coeficiente de absorção é representado por um conjunto de gases cinzas, com coeficientes de absorção uniformes, mais as janelas transparentes. Nesta tese, uma modificação na forma padrão do modelo WSGG é proposta, em que o espectro é dividido em um conjunto de regiões nas quais a metodologia clássica é utilizada para resolver as contribuições individuais de cada intervalo. Denominado modelo de bandas largas baseado no WSGG (WBW), este método consiste em determinar a emitância de cada banda, a partir do banco de dados HITEMP 2010, e obter os coeficientes de absorção e os coeficientes dependentes da temperatura para cada intervalo. O fluxo de calor e o termo fonte radiativos totais são obtidos pela soma das contribuições dos resultados encontrados pela aplicação do modelo WSGG em cada banda individualmente. Nesse estudo, é resolvido um conjunto de problemas 1D consistindo de duas paredes negras, paralelas e infinitas, separadas por uma distância de 1 m e preenchidas por um meio participante composto por uma mistura não homogênea e não isotérmica de vapor de água, dióxido de carbono e fuligem. Assume-se o critério de Rayleigh para a fuligem e seu coeficiente de absorção é calculado através de uma média de Planck. A integração direcional da RTE é realizada para 12 direções através do método das ordenadas discretas e o domínio é discretizado espacialmente em 200 células. Os resultados mostram que o método proposto reduz, em alguns casos, entre 70 % e 80 % os desvios em relação à solução benchmark quando comparados àqueles obtidos com outras correlações da literatura.