Aplicación del Método de los Volúmenes Finitos al Cálculo de la Radiación Térmica en Cavidades Cilíndricas

Abstract

En este trabajo se ha simulado numéricamente un proceso de transferencia de calor por radiación térmica en una cavidad cilíndrica rellena con un medio que absorbe, emite y dispersa anisotropicamente la radiación térmica. Se ha desarrollado un código computacional basado en el método de los volúmenes finitos.
En trabajos anteriores se analizo el proceso de transferencia de calor por radiación térmica con dispersión anisotropía en cavidades multidimensionales de forma arbitraria en coordenadas cartesianas con diferentes configuraciones térmicas y variadas condiciones de borde.
En este trabajo se extiende al análisis a una cavidad tridimensional en coordenadas cilíndricas, rellena con un medio gris absorbente, emisor y anisotropicamente dispersante. Se han desarrollado cuatro códigos independientes para resolver problemas en geometrías (i) unidimensionales a lo largo del radio,(ii) bidimensionales independientes de la altura del cilindro, (iii) bidimensionales con simetría axial independiente del ángulo azimutal y (iv) cilíndrica tridimensional.
Las superficies de la cavidad son opacas o transparentes, grises, difusas e isotérmicas. Se consideran tres tipos de emisiones, (i) emisión difusa desde la frontera, (ii) emisión desde un medio isotérmico y (iii) incidencia externa difusa. Se analiza la influencia del coeficiente de absorción, coeficiente de dispersión, dimensiones de la cavidad y reflectividad de las paredes. Se han considerado cuatro funciones de dispersión anisotropicas bien conocidas (F1, F2, B1, B2), las cuales fueron calculadas usando la expansión en serie de los polinomios de Legendre.
Se hizo un exhaustivo y detallado análisis de error y los resultados obtenidos fueron comparados con los resultados disponibles.