Utilización del Método de Elementos Finitos Discontinuos para la Resolución de la Ecuación de Transferencia Radiativa

Abstract

En numerosos procesos industriales de calentamiento, la combustión del gas natural se realiza en cámaras que se encuentran separadas de la que se utiliza para el calentamiento de la carga. En estos casos, el cálculo del calentamiento implica la resolución conjunta de los flujos turbulentos y de los intercambios de calor por radiación que se producen entre los productos de combustión (vapor de agua y dióxido de carbono), la carga y los refractarios que recubren al horno, pero sin tener en cuenta los procesos de reacción química. La transferencia de calor por radiación en medios participantes es gobernada por la ecuación de transferencia radiativa, que describe el balance de la intensidad de radiación a lo largo de la dirección de propagación. En este trabajo, para la resolución de esta ecuación se implementa el método de elementos finitos discontinuos (Galerkin discontinuo) modelando el salto de intensidad en lo bordes de los elementos mediante un esquema con upwinding. A partir del campo de intensidades se calculan las densidades de potencia radiativa que se incluyen en la ecuación de transporte de la energía correspondiente a los flujos turbulentos de los humos en el interior del horno. Se presentan ejemplos de verificación, en los que se evalúa la sensibilidad de los resultados a la elección de la malla y la convergencia del esquema iterativo. El código desarrollado se utiliza para evaluar los flujos de calor en el interior de un horno de pasaje para el curado del recubrimiento de chapa. Finalmente, se evalúa el uso de este método para el cálculo de las áreas de intercambio directas que se definen en el método de zonas.