Determinação da configuração de aquecedores em forma de filamentos para um forno de aquecimento com temperatura e fluxo de calor uniformes

Abstract

Esse trabalho envolve o projeto inverso de uma cavidade radiante tridimensional com superfícies cinza e difusas. Deseja-se determinar uma configuração espacial (forma geométrica e localização) de um conjunto de aquecedores em forma de filamentos, posicionados na superfície superior da cavidade retangular, para se atender as condições prescritas de fluxo de calor e temperatura uniformes ao longo da superfície de projeto (situada na base da cavidade). São estudados três casos de configuração para os aquecedores, sendo que em cada caso o modelo do filamento é representado por um número distinto de elementos aquecedores. A radiação térmica é o modo dominante de transferência de calor e para os cálculos de troca térmica entre superfícies é utilizado o método das radiosidades. É aplicada uma rotina em Fortran, que contém o algoritmo de otimização extrema generalizada (GEO), para a solução do problema inverso. Os resultados ilustram três configurações espaciais para os filamentos, que proporcionam condições próximas as prescritas (desvio máximo inferior a 6% no caso em que o filamento é modelado com trinta elementos aquecedores) e são de difícil determinação intuitiva.

This work applies the inverse analysis for the thermal design of a threedimensional radiative enclosure formed with diffuse-gray surfaces. The objective is determinate the spatial distribution of a filament-type heater, located in the top surface of the rectangular enclosure, to attain the prescribed uniform temperature and radiative heat flux on the design surface (at the bottom of the enclosure). This work studied three heater configuration cases, whereas in each case the heater is modeled with distinct number of heater elements. Thermal radiation is the governing mode of heat transfer and for the computation of the radiative exchanges between the surfaces it is applied the radiosity method. The method to solve the inverse problem is the generalized extremal optimization (GEO). The results illustrate special configuration to filament-type that propitiate conditions near to prescribed (maximum deviation inferior to 6% in the case where the filament-type is modeled with thirty heater elements) and have hard intuitive determination.