Analytische Lösungen von Rechenmodellen als Voraussetzung zur Überprüfung der Güte der in Rechenprogrammen angewendeten Strahlungsmodelle

Abstract

FachthemenDie rechnerischen Möglichkeiten der Untersuchung des gekoppelten Energieaustausches der Wärmeübertragung durch Leitung, Konvektion und Strahlung haben sich in den letzen Jahrzehnten weitreichenden Neuerungen unterzogen. Die Steigerung der Rechengeschwindigkeit und Rechenkapazität waren Voraussetzungen für eine numerische Modellierung der Wärmeübertragung. Neue Möglichkeiten für die Lösung von komplexen Aufgabenstellungen, z. B. zur Strahlungswärmeübertragung, stehen mit CFD-Programmen zur Verfügung. Fragestellungen nach der Oberflächentemperatur, dem Temperatur-und Geschwindigkeitsfeld, der Gas-Phasentemperatur und dem Wärmestrom in Folge der Strahlungswärmeübertragung durch ein absorbierendes, emittierendes und streuendes Medium wie z. B. in Brennkammern oder bei Glasschmelzprozessen haben die Entwicklung von Strahlungsmodellen in CFD beschleunigt. Strahlungsmodelle wurden für verschiedene Anwendungsbereiche entwickelt. Ihre Genauigkeit und die Möglichkeiten, sowohl einfache als auch komplizierte Strahlungsübertragungsprozesse zu modellieren, machen sie zu nützlichen und zuverlässigen Werkzeugen in der CFD. Natürlich hat jedes Strahlungsmodell Vorteile und Einsatzgrenzen. Aufgabe des Ingenieurs ist es, ein der Aufgabenstellung angemessenes und praktikables Strahlungsmodell auszuwählen. Analytitcal solutions of computational modells as a requirement for verifiing the quality of radiation models applied in computational programs.The computational capabilities of investigations of the coupled energy transfer due to conduction, convection and radiation are undergoing far-reaching innovations in last decades. Increasing computational speed and capacity were requirements for numerical modelling heat transfer. New possibilities in solving complex applications -e.g. radiative heat transfer -are available in CFD programs. Questions in surface temperature, temperature and velocity field, gas phase temper-ature, heat flux due to radiation within absorbing, emitting and scattering media -e.g. in combustions chambers or at glass melting processes -have increased the development of radiation models in CFD. Radiation models are developed for several fields of applications. They were permanently extended and improved. The accuracy of radiation models and the possibility in modelling simple as well as complex radiation processes make them to useful and reliable tools in CFD. However, each of the models has its advantages and limits. The engineer has to choose for a radiation model which is practical and appropriate for the application.