Identificação da presença e da intensidade das interações entre radiação e turbulência em um problema de escoamento interno não reativo

Abstract

Este trabalho busca identificar a presença de interações entre radiação e turbulência (TRI) em um problema de escoamento interno não reativo. Foi analisada uma mistura de gases formada por nitrogêneo, dióxido de carbono e água, à proporções fixas, que entra à 1200K em um duto retangular cujas paredes são mantidas à 400K. Foram feitas análises utilizando-se os modelos RANS (k − ! SST) e LES (Smagorinsky dinâmico) para a turbulência e modelando o escoamento como radiativa ou puramente convectivo. O modelo espectral utilizado para a resolução da RTE foi o de gás cinza, e a discretização angular foi feita através do método das ordenadas discretas. Os resultados obtidos do ponto de vista do TRI foram inconclusivos pois os modelos convectivos apresentaram uma diferença muito grande entre os mesmos, o que sugere a necessidade de calibração ou validação dos modelos de turbulência. Contudo, podemos observar que, com quaisquer dos dois modelos, que a troca térmica no caso estudado é dominada pela radiação térmica.

The present work aims at identifying the presence of turbulence-radiation interactions (TRI) in an internal non reactive flow scenario. A mixture of nitrogen, carbon dioxide and water, with fixed proportions and with a temperature of 1200K flows through a rectangular duct, whose walls are kept at 400K and exchange heat with the mixture. The models studied comprised two different turbulence models, one RANS (k − ! SST) and the other LES (dynamic Smagorinsky), both with and without radiative model. The spectral model used was that of the gray gas. The obtained results concerning TRI were inconclusive, since the relative difference between the purely convective flow was considered too significant. That suggests the need for calibration and validation of the turbulence models. However, for each of the turbulence models it could be observed that the dominant heat exchange method was thermal radiation, making a radiative model indispensable for the calculations presented here