Estudo da condução de calor transiente através do método das diferenças finitas explícito

Ano: 2013 | Volume: 13 | Número: Especial

Autores: Letícia Jenisch Rodrigues 1 Volnei Borges 2

Palavras-chave: Equação de difusão do calor. Método das diferenças finitas explí- cito. Informática no ensino de transferência de calor. \--/ Heat diffusion equation. Explicit finite differences method. Computing in teaching heat transfer.

Resumo Português:

Este trabalho objetiva apresentar uma metodologia simples que envolve conceitos
básicos das disciplinas de métodos numéricos e transferência de calor, podendo ser
utilizado como material de apoio no ensino da graduação. O método das diferen-
ças finitas explícito é utilizado na resolução de um problema sujeito às condições
de contorno de segunda e de terceira espécies em regime transiente. Por se tratar
de um método numérico simples, envolve a participação do estudante durante
todas as etapas de elaboração da solução. Como exemplo de aplicação, gera-se o
campo de temperaturas para diferentes materiais, na situação de equilíbrio. Além
disso, utiliza-se uma expressão responsável pelo incremento no passo temporal,
minimizando o número de iterações necessárias para a convergência. Os resultados
obtidos encontram-se em boa concordância com os resultados gerados por um
software
computacional amplamente utilizado no ensino de transferência de calor.

Resumo Inglês:

This paper aims to present a simple methodology that involves basic concepts of the
numerical methods and heat transfer subjects, which can be used as supplementary
school material on undergraduate teaching education. The explicit finite difference
method is used to solve a problem subject to boundary conditions of second and
third species in the transient regime. Because
it is a simple numerical method, it in-
volves the student ́s participation during all stages of the solution development. As
an application example case,
it generates the temperature field for different materials,
in equilibrium. In addition, it is used an expression responsible for the increase in the
time step, minimizing the required number of iterations for convergence. The obtained
results are in good agreement with the results generated by computer software
widely used in the teaching of heat transfer.