Application of the finite volume method for calculating radiation heat transfer in applied problems

Abstract

A number of numerical models of radiation heat transfer, based on P1 approximation and finite volume method, were implemented in the in-house CFD code “SigmaFlow” developed by the Krasnoyarsk group of the Institute of Thermophysics of Russian Academy of Science. The implemented finite volume method allows parallel calculations based on domain decomposition of an unstructured mesh and uses sub-mapped spatially inhomogeneous angular grids. Both conventional in CFD methods for solving linear systems such as BiCGStab, DILU, CG and a marching scheme were considered. A number of applied problems with radiation heat transfer were solved by means of CFD code “SigmaFlow”. They include such problems as the numerical simulation of a gas furnace chamber, a burner and a vacuum electrical furnace. При разработке в Красноярском филиале ИТ СО РАН комплекса программ ≪SigmaFlow≫, предназначенного для решения задач вычислительной гидродинамики и теплообмена, были реализованы математические модели переноса излучения, основанных на использовании P1 приближения и метода конечных объемов. Реализованный метод конечных объемов позволяет выполнять многопоточные вычисления на основе пространственной декомпозиции расчетной области на неструктурированных сетках. При решении системы линейных алгебраических уравнений для переноса излучения были рассмотрены как стандартные методы, используемые при решении уравнений гидродинамики (BiCGSTAB, DILU, CG), так и схема ≪бегущего счета≫. В статье представлены результаты проведенного численного моделирование на базе программы ≪SigmaFlow≫ газовой топочной камеры, горелочного устройства и вакуумной электропечи сопротивления, в которых одним из основных механизмов переноса тепла являлось излучение.