Resumen de Numerical validation of viewFactor and FVDOM radiation models of OpenFOAM® and application in the study of food furnaces

Sílvio Aparecido Verdério Júnior, Vicente Luiz Scalon, Elson Avallone, Paulo César Mioralli

• español

  Los hornos continuos del tipo túnel, considerando su mayor flexibilidad en el calentamiento y su alta productividad, se transformaron en la mejor opción para el procesamiento de productos alimenticios industrializados. Los objetivos principales de este trabajo son la validación de los resultados de los modelos de radiación viewFactor y FVDOM del software OpenFOAM® y aplicación en la evaluación de las tasas de transferencia de calor por la radiación sobre la estera de un horno continuo alimenticio real. La geometría, condiciones operacionales, definiciones de la malla y condiciones iniciales y de contorno utilizados en la construcción del modelo fueron obtenidos a partir de datos de la literatura, manuales técnicos y hornos operacionales encontrados en las industrias alimenticias. En la construcción del modelo físico, implementación y simulación en el OpenFOAM®, diversas hipótesis simplificadoras fueron levantadas - el aire como un gas ideal, incompresible, newtoniano y no participante a los cambios radiantes; vaciamiento laminar; utilización de las ecuaciones de la continuidad, del balance de los momentos, de la energía y los modelos de radiación viewFactor y FVDOM; algoritmo del acoplamiento presión-velocidad SIMPLE, etc. De los resultados obtenidos, se destacan la validación de los modelos de radiación a través de resultados analíticos y también el flujo de calor por convección sobre la estera poco significativo en comparación a los efectos de la radiación. La discrepancia entre las órdenes de grandeza de la radiación y convección hace difícil la correcta evaluación de la última, especialmente porque pequeñas oscilaciones en la temperatura y velocidad afectan considerablemente e inducen a oscilaciones en su comportamiento. El modelo de radiación viewFactor se mostró más ventajoso debido a su mayor simplicidad y mayor velocidad de convergencia de la solución.

• English

  Continuous tunnel furnace has greater flexibility in heating and high productivity and it was becoming the best option for processing industrialized food products. The main objective of this work is the validation of the results from radiation models viewFactor and FVDOM. In his case, the software OpenFOAM® was used and one of its applications in the evaluation of net rate heat exchanges by radiation on the mat of a real continuous furnace. The geometry, operational conditions, mesh definition, initial and boundary conditions used in the model were obtained from literature data, technical manuals and operational furnaces found in food industries. The implementation and simulation of physical model, in the OpenFOAM® has several simplifying hypothesis highlighting air is treated as an ideal and incompressible, Newtonian and non-participant to the exchanges of heat by radiation; laminar flow viewFactor and FVDOM radiation models; pressure-velocity coupling algorithm SIMPLE. The results obtained were used to validate the radiation models through analytical results and also the convective heat flux. The orders of magnitude between radiation and convection turn it difficult to correctly evaluate the heat flux. Small fluctuations in temperature and velocity affect considerably and induce oscillations on the heat flux results. The viewFactor radiation model was more advantageous due to its greater simplicity and higher convergence velocity.