NUMERICAL SOLUTION OF RADIATIVE TRANSFER EQUATION IN 2D COMPLEX GEOMETRIES USING BODY-FITTED COORDINATES

NUMERICAL SOLUTION OF RADIATIVE TRANSFER EQUATION IN 2D COMPLEX GEOMETRIES USING BODY-FITTED COORDINATES. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img] PDF
MS_Thesis(g201805760).pdf
Restricted to Repository staff only until 5 January 2023.

Download (3MB)

Arabic Abstract

انتقال الحرارة الإشعاعي له تطبيقات واسعة في عمليات الاحتراق )مثل الغلايات والأفران والمحركات وفوهات الصواريخ وما إلى ذلك(، والتفاعلات النووية )مثل تفاعلات نووية في الشمس وتفاعلات النووية في مفاعلات الاندماج والقنابل النووية( وتفاعلات المواد بالليزر وتحديد الهدف وفي الطاقة الشمسية وصناعات التي تتطلب درجة حرارة عالية. تركز هذه الاطروحة في حل معادلة الانتقال الاشعاعي من خلال الامتصاص والانبعاث وتشتت الخواص الوسائط المشاركة للهندسيات المعقدة باستخدام إحداثيات مناسبة للجسم. يثم تشكيل معادلة الانتقال الاشعاعي المعدلة لنظام الإحداثيات المتعامدة المنحنية في الاشكال المعقدة ثنائية الابعاد ثم يتم تحويلها إل ى إحداثيات المناسبة للجسم ويتم حلها باستخدام طريقة التنسيق المنفصلة. تعتبر جدران الاشكال الهندسية رمادية ومنتشرة ومعتمة مع الشروط الحدودية لكل من التوازن الإشعاعي وغير الإشعاعي. أولا يتم تحديد مجال درجة الحرارة باستخدام الطريقة التكرارية ثم يتم حساب التدفق الحراري عند الجدران. تحلل هذه الدراسة أيضًا استقلالية الشبكة للتدفق الحراري الإشعاعي غير البعدي باستخدام جذر متوسط الخطأ التربيعي وطرق متوسط. النسبة المئوية للخطأ المطلق. أظهر التحقق من صحة النتائج العددية اتفاقًا ملحوظًا مع الأدبيات المنشورة لمختلف الأشكال الهندسية المعقدة مع الوسائط المشاركة المختلفة. تم تطبيق النموذج المقترح لدراسة تأثير الانحراف الهندسي لكل من دوران الجسم الصلب والمساحة الثابتة. يمكن توسيع نطاق هذه الدراسة إلى حل معادلة الانتقال الاشعاعي لأنظمة إحداثيات عابرة متعامدة وثابتة وغير متعامدة وعابرة وغير متعامدة في التحقيقات المستقبلية.

English Abstract

Radiative heat transfer has broad applications in combustions (such as boilers, furnaces, engines, rocket nozzles, etc.), nuclear reactions (such as in the sun, in a fusion reactor, or nuclear bombs), laser-material interactions, target detection, solar energy collection, and high-temperature fabrications. This thesis focuses on solving radiative transfer equation (RTE) through absorption, emission, and isotropic scattering participating media for complex geometries using the body-fitted coordinates. A modified RTE for the orthogonal curvilinear coordinate system in 2D complex geometries is formed and then transformed into body-fitted coordinates (BFC) and solved applying the discrete ordinate method (DOM). The geometries' walls are considered gray, diffuse, and opaque, with the boundary conditions of both radiative and non-radiative equilibriums. First, the temperature field is determined by an iterative method, and then the radiative heat flux at the walls is calculated. This study also analyzes the grid independence for non-dimensional radiative heat flux using root-mean-square error and mean-absolute-percentage error methods. The validation of numerical results showed a notable agreement with published literature for various complex geometries with different participating media. The proposed model is applied to investigate the effect of geometry skewness for both rigid body rotation and constant area. The scope of this study can be extended to solving RTE for transient-orthogonal, steady-state-nonorthogonal, and transient-nonorthogonal coordinate systems in future investigations.

Item Type: Thesis (Masters)
Subjects: Mechanical
Department: College of Engineering and Physics > Mechanical Engineering
Committee Advisor: Bin Mansoor, Saad
Committee Members: Yilbas, Bekir S. and Ben-Mansour, Rached
Depositing User: MD ERSHADUL HAQUE
Date Deposited: 06 Jan 2022 07:14
Last Modified: 06 Jan 2022 07:14
URI: https://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/142015