Aproximação para a seção transversal de absorção na transferência de calor por radiação em gases não-uniformes

dc.contributor.advisorMaurente, André Jesus Soares
dc.contributor.advisorIDpt_BR
dc.contributor.authorBernardino, Gabriel de Lima
dc.contributor.authorIDpt_BR
dc.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/9436408339081303pt_BR
dc.contributor.referees1Ziemniczak, Aline
dc.contributor.referees1IDpt_BR
dc.contributor.referees2Cavalcanti, Eduardo José Cidade
dc.contributor.referees2IDpt_BR
dc.date.accessioned2021-08-03T17:16:00Z
dc.date.available2021-08-03T17:16:00Z
dc.date.issued2021-02-23
dc.description.abstractAccurate 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.pt_BR
dc.description.resumoO 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.pt_BR
dc.description.sponsorshipCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESpt_BR
dc.description.sponsorshipConselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPqpt_BR
dc.identifier.citationBERNARDINO, Gabriel de Lima. Aproximação para a seção transversal de absorção na transferência de calor por radiação em gases não-uniformes. 2021. 102f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2021.pt_BR
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/32966
dc.languagept_BRpt_BR
dc.publisherUniversidade Federal do Rio Grande do Nortept_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.publisher.initialsUFRNpt_BR
dc.publisher.programPROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICApt_BR
dc.rightsAcesso Abertopt_BR
dc.subjectSeção transversal de absorçãopt_BR
dc.subjectPressãopt_BR
dc.subjectFração molarpt_BR
dc.subjectFSCKpt_BR
dc.subjectCálculo linha-por-linhapt_BR
dc.titleAproximação para a seção transversal de absorção na transferência de calor por radiação em gases não-uniformespt_BR
dc.title.alternativeApproximation for the absorption cross-section in radiation heat transfer in non-uniform gasespt_BR
dc.typemasterThesispt_BR

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