Use este identificador para citar ou linkar para este item: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/48633
ORCID:  http://orcid.org/0000-0003-0184-5884
Tipo do documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso Aberto
Título: Modelling and analysis of fluid flow problems coupled with radiative heat transfer
Título(s) alternativo(s): Modelagem e análise de problemas de escoamento de fluidos acoplados com transferência de calor radiativa
Autor(es): Duarte Neto, Ophir Valiante
Primeiro orientador: Vedovotto, João Marcelo
Primeiro membro da banca: Guimarães, Gilmar
Segundo membro da banca: Santos, Rogério Gonçalves dos
Terceiro membro da banca: França, Francis Henrique Ramos
Resumo: A combustão desempenha um papel fundamental na sociedade, sendo uma das principais formas de conversão e armazenamento de energia, com inúmeras aplicações. Por isso, é um tema central em engenharia e processos industriais. Em muitos casos, combustão e radiação térmica ocorrem simultaneamente: as altas temperaturas resultantes de reações exotérmicas, assim como a interação dos gases gerados por essas reações com a radiação, formam um ambiente com processos complexos de transferência de calor radiativa. Assim, o acoplamento entre CFD e modelos de transferência de calor radiativa é essencial para a modelagem acurada de escoamentos reativos industriais. Além disso, a literatura mostra que a radiação térmica pode afetar a transferência de calor significativamente em outras situações, como em cavidades térmicas a temperatura ambiente, um problema que frequentemente é estudado sem considerar efeitos de radiação. Este trabalho apresenta o desenvolvimento e benchmarking de um acoplamento entre um software CFD (MFSim) e um solver de radiação térmica para meios participantes (RTS), ambos desenvolvidos internamente pelo MFLab na Universidade Federal de Uberlândia. O MFSim é um pacote robusto de simulação computacional, capaz de modelar turbulência, transferência de calor, interações fluido-estrutura, escoamentos reativos e transporte lagrangiano de partículas. Já o RTS é capaz de modelar transferência de calor radiativa em meios participantes cinza e não-cinza contendo gases como CO2 e H2O, assim como espalhamentos isotrópico e anisotrópico. Integrando os dois códigos, o conjunto extenso de modelos físicos disponíveis no MFSim, desenvolvidos para simular problemas complexos de engenharia, agora inclui transferência de calor radiativa, permitindo uma modelagem mais realista e acurada de processos de combustão. O acoplamento utiliza malhas distintas para CFD e radiação, conectadas por interpolação, o que permite maior eficiência computacional, já que modelos radiativos não costumam exigir a mesma resolução espacial do CFD. Testes mostraram que a camada de comunicação entre os códigos tem custo computacional relativamente baixo. Benchmarks em casos canônicos demonstraram boa concordância com a literatura, verificando a abordagem e reforçando a importância da radiação em simulações de transferência de calor.
Abstract: Combustion plays a fundamental role in society, being one of the primary means of energy conversion and storage, with countless applications. As such, it is a key topic in engineering and industrial processes. In many cases, combustion and thermal radiation occur simultaneously: the high temperatures resulting from exothermic reactions, as well as the radiative interaction of the gases generated from these reactions, create an environment where complex radiative heat transfer takes place. Therefore, coupling CFD with radiative heat transfer models is essential for the accurate simulation of industrial reactive flows. Furthermore, literature shows that thermal radiation can significantly affect heat transfer in other situations, such as in thermal cavities at ambient temperature, a problem that is frequently studied without considering radiation effects. This work presents the development and benchmarking of a coupling between a CFD software (MFSim) and a radiative heat transfer solver for participating media (RTS), both internally developed by MFLab in the Federal University of Uberlândia. MFSim is a robust simulation package, capable of modelling turbulence, heat transfer, fluid–structure interactions, reacting flows, and Lagrangian particle transport. RTS is capable of modelling radiative transfer in gray and non-gray participating media containing gases like CO2 and H2O, as well as isotropic and anisotropic scattering phenomena. By integrating these codes, the extensive set of physical models available in MFSim, designed to simulate complex engineering problems, now includes radiative heat transfer, enabling more realistic and accurate modelling of combustion processes. The coupling employs distinct meshes for CFD and radiation, connected via interpolation, allowing for more computational efficiency, as radiative models do not usually require the same spatial resolution as CFD. Tests have shown that the interpolation layer between both algorithms has relatively low computational cost. Benchmarks performed on canonical cases show good agreement with the literature, verifying the approach and reinforcing the importance of radiation in heat transfer simulations.
Palavras-chave: Modelagem Computacional
Transferência de Calor
Dinâmica dos Fluidos Computacional
Combustão
Simulação Numérica
Radiação
Transferência de Calor Radiativa
Computational Modelling
Heat Transfer
Computational Fluid Dynamics
Combustion
Numerical Simulation
Radiation
Radiative Heat Transfer
Área(s) do CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::FENOMENOS DE TRANSPORTE::TRANSFERENCIA DE CALOR
Assunto: Engenharia mecânica
Mecânica dos fluidos
Meios de transferência de calor
Idioma: eng
País: Brasil
Editora: Universidade Federal de Uberlândia
Programa: Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica
Referência: DUARTE NETO, Ophir Valiante. Modelling and analysis of fluid flow problems coupled with radiative heat transfer. 2025. 140 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) — Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2025. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2026.5513.
Identificador do documento: http://doi.org/10.14393/ufu.di.2026.5513
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/48633
Data de defesa: 21-Ago-2025
Objetivos de Desenvolvimento Sustentável (ODS): ODS::ODS 7. Energia limpa e acessível - Garantir acesso à energia barata, confiável, sustentável e renovável para todos.
ODS::ODS 9. Indústria, Inovação e infraestrutura - Construir infraestrutura resiliente, promover a industrialização inclusiva e sustentável, e fomentar a inovação.
ODS::ODS 13. Ação contra a mudança global do clima - Tomar medidas urgentes para combater a mudança climática e seus impactos.
ODS::ODS 12. Consumo e produção responsáveis - Assegurar padrões de produção e de consumo sustentáveis.
ODS::ODS 11. Cidades e comunidades sustentáveis - Tornar as cidades e os assentamentos humanos inclusivos, seguros, resilientes e sustentáveis.
Aparece nas coleções:DISSERTAÇÃO - Engenharia Mecânica

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