Análisis de la Radiación Térmica Colimada en un Medio Plano Infinito

Abstract

En este trabajo se ha simulado numéricamente un proceso de transferencia de calor por radiación térmica en un medio plano infinito que absorbe, emite y dispersa anisotrópicamente, sometido a una radiación exterior de tipo colimada, es decir, una irradiación formada por un haz de rayos paralelos a partir de un foco luminoso. Por irradiación colimada se entiende una radiación externa que penetra en el medio participante desde el exterior, por lo que sus fronteras son transparentes. Este es el caso opuesto a la radiación en un medio limitado por superficies emisoras difusas y opacas, comúnmente encontrado en las aplicaciones industriales en hornos y cámaras de combustión. Ejemplos típicos de radiación colimada son la radiación solar a través de la atmósfera, el océano, un lago o cualquier medio semitransparente a la radiación solar y la irradiación láser de partículas o líquidos. La irradiación colimada presenta fuertes discontinuidades en su distribución angular generando serios problemas de convergencia al tratar de implementar una solución numérica. Normalmente, para tener en cuenta la componente colimada, se ha empleado la función delta de Dirac, esta técnica requiere que la componente colimada coincida con alguna de las direcciones angulares en que se ha discretizado el dominio angular. Aquellos métodos numéricos (ordenadas discretas, transferencia discreta y elementos finitos) que utilizan las cuadraturas de Gauss para integrar angularmente las ecuaciones de la transferencia radiante, presentan serias limitaciones debido a la rigidez en la elección de las direcciones disponibles. Por el contrario, en el método de los volúmenes finitos las direcciones angulares pueden elegirse con total libertad evitando estos inconvenientes. Por este motivo se ha desarrollado un modelo y un código computacional basado en el acople del método de los volúmenes finitos y la teoría de la dispersión de Mie, para evaluar la función de dispersión anisotrópica bajo la acción de una componente colimada.