Approximation for the absorption cross-section in radiation heat transfer in non-uniform gases
| Autor: | Bernardino, Gabriel de Lima |
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| Přispěvatelé: | Ziemniczak, Aline, Cavalcanti, Eduardo José Cidade, Maurente, André Jesus Soares |
| Jazyk: | portugalština |
| Rok vydání: | 2021 |
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| Zdroj: | Repositório Institucional da UFRN Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN) instacron:UFRN |
| Popis: | Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq O cálculo preciso da transferência de calor por radiação em gases participantes requer o conhecimento detalhado dos dados espectrais das propriedades radiativas. Isso pode ser alcançado por meio do cálculo linha-porlinha ou utilizando um modelo espectral. Em ambos os casos, a seção transversal de absorção é obtida de bancos de dados de alta resolução espectral, que possuem parâmetros de milhões de linhas espectrais. A seção transversal de absorção depende do estado termodinâmico do gás, sendo uma função da temperatura, pressão e concentração da espécie química, que variam com a localização em gases não-uniformes. Portanto, em simulações numéricas, a seção transversal de absorção deve ser calculada e armazenada para diversos estados do gás, requerendo consideráveis recursos computacionais. Além disso, a dependência da seção transversal de absorção com as propriedades locais do gás traz complexidade a problemas envolvendo gases participantes. Este trabalho propõe e avalia uma aproximação em que a seção transversal de absorção é obtida tomando uma ou mais propriedades termodinâmicas como constantes. Resultados da transferência radiativa com base nessa aproximação são obtidos e analisados. As propriedades locais utilizadas são temperatura, fração molar de cada espécie química e pressão. A aproximação reduz a complexidade dos problemas e o tamanho do banco de dados da seção transversal de absorção. Os casos testes foram aplicados para gases compostos por CO2 e ar, H2O e ar e mistura de CO2, H2O e ar. Meios uniformes e não-uniformes foram considerados na composição dos gases. Frações molares de CO2 e H2O entre 5 % e 100 % foram consideradas, enquanto que a temperatura variou de 500 K a 2500 K. A pressão nos casos teste foi igual a 1 atm, com exceção para aqueles relativos à aproximação em que a pressão foi dada por um perfil não-uniforme. Os resultados demonstraram que a aproximação com os métodos LBL, FSCK e MSFSCK pode ser vantajosa, principalmente, quando aplicado em meios não-uniformes compostos por dióxido de carbono em que há pouca variação de pressão e altas temperaturas. Accurate computations of radiative heat transfer in participating gases require detailed knowledge of the spectral data of radiative properties. This can be achieved either performing line-by-line calculations or using an spectral model. In both cases, the absorption cross-section is computed from high resolution databases, which use to contain parameters for millions of spectral lines. The absorption cross-section depends on the local thermodynamic gas state, being a function of temperature, pressure and chemical species concentration, which vary with location in non-uniform gases. Therefore, the absorption cross-section must be computed and stored for diverse gas states, requiring considerable computational resources. In addition, the dependence of the absorptions cross-section with local gas properties poses complexity in radiation problems involving participating gases. This work proposes and evaluates an approximation in which the absorption crosssection is obtained by taking one or more thermodynamic properties as constant. Results of radiative transfer based on this approximation are obtained and analyzed. The local properties are temperature, molar fraction of each chemical species and pressure. The approximation reduces problems complexity and the size of the absorption cross-section database. It was evaluated for gases composed by CO2 and air, H2O and air, and mixtures of CO2, H2O and air. Uniform and nonuniform media were considered. Molar fractions of CO2 and H2O from 5 % to 100 % were considered, while temperatures varied from 500 K to 2500 K. Pressure was always 1 atm, except for those related to the approximation, where the pressure was given by a non-uniform profile. Results demonstrated that the approximation with the LBL, FSCK and MSFSCK methods can be advantageous, mainly, when applied in non-uniform gases composed of carbon dioxide in which there is little pressure variation and high temperatures. |
| Databáze: | OpenAIRE |
| Externí odkaz: |
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