Estimativa de Parâmetros e Solução de um Problema de Transferência de Calor Utilizando Métodos de Otimização Modificados (original) (raw)
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In this work is applied the Finite-Difference Method (FDM) to transient heat transfer problems. FDM is also used to solve the heat diffusion equation, a second order partial differential equation. The method works with approximate solutions, because it is not always possible to find the exact solution of differential equation. The FDM is used by the different approaches taken by Taylor series or by using the energy balance method. Is used the explicit method, and verified the stability and convergence conditions by the Von Neumann method and the Lax Equivalence Theorem. Numerical examples are solved and results are presented to illustrate the applicability and accuracy of the method.
Transferência de Calor: Um Guia para a Resolução de Problemas Práticos
2022
Este livro resulta da experiência letiva e pedagógica do seu autor, como docente da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto ao longo de mais de 40 anos, nas áreas da Transferência de Calor (fundamental e aplicada). Dessa experiência constatou o autor que, com muita frequência, os estudantes são levados a procurar “a equação”, ou conjunto de equações, para o mais rapidamente possível chegarem ao resultado (“solução”), sem discutirem as hipóteses subjacentes, e muitas vezes sem criticarem os resultados obtidos e o seu nível de aproximação à realidade física. O que na gíria académica se designa por aplicação da “receita” para obter “a solução”. Este livro debruça-se na resolução de problemas práticos. No entanto, mais do que fornecer as ditas “receitas”, tem como objetivo a discussão das hipóteses e métodos a aplicar, e a definição de uma metodologia para a obtenção da “solução”, discutindo também a aproximação a resultados reais. Não é o intuito deste livro substituir os muit...
A Transferência de Calor com o Uso de Experimentos Alternativos
Scientia Plena, 2005
As experiências de física nos diversos meios de comunicação servem para lembrar o tipo de ciência que é a física, uma ciência experimental. Este trabalho apresenta algumas sugestões de experimentos relacionados ao tema transferência de calor. Os experimentos envolvem os fenômenos da condução, convecção e radiação. Entre os experimentos, o que chama a atenção é o abajur da convecção, que além das aulas pode ser aplicado em feiras de ciências e eventos pedagógicos, devido ao bonito efeito visual apresentado. Nas montagens dos experimentos foi dada ênfase ao uso de materiais de fácil aquisição. Palavras-chave: calor, condução, convecção, radiação, atividades experimentais. The physical experiences in diverse types of communications are useful to show that physics is an experimental science. This work presents some suggestions of experiments related to heat transfer. The experiments deal with phenomena such as conduction, convection and radiation of heat. Among the experiments the most interesting one is the lampshade of convection that can be used in classes, science fair and pedagogical events, because it also presents a beautiful visual effect. In such experiments it was widely used materials that can be easily found.
Solução Semianalítica De Um Modelo De Transferência De Calor Em Leito De Arrasto
2016
A substituicao dos combustiveis fosseis por combustiveis renovaveis vem sendo intensamente investigada pela comunidade cientifica nas ultimas decadas e o craqueamento termico de biomassa para a producao de biocombustiveis apresenta-se como uma alternativa atraente neste cenario. O craqueamento termico e o termo utilizado para nominar a transformacao quimica irreversivel de substâncias ricas em carbono e hidrogenio, provocada pela acao do calor numa atmosfera desprovida de oxigenio. A reacao e predominantemente endotermica e acontece na faixa de temperatura compreendida entre 300 a 800°C. Portanto, fica evidente que a analise dos fenomenos de transferencia de calor e de reacao quimica e de extrema importância no conhecimento tecnico e cientifico deste processo. Neste sentido, este trabalho visa propor dois modelos matematicos que representem os fenomenos de transferencia de calor e conversao quimica em um reator pirolitico de leito de arrasto. O primeiro trata a temperatura da partic...
Revista Cereus
Este trabalho aborda o problema de estimativa de fluxo de calor com variação espacial unidimensional e constante no tempo aplicado a uma das superfícies de uma placa de aço inoxidável. O problema direto é resolvido empregando o método de diferenças finitas. A solução do problema inverso é obtida com o emprego de uma abordagem Bayesiana, utilizando o Método de Monte Carlo com Cadeias de Markov. Para a regularização do problema é proposta uma aplicação da técnica Total Variation Denoising (TVD). A abordagem utilizada foi capaz de estimar, satisfatoriamente, o fluxo de calor aplicado, demonstrando a robustez desta técnica de regularização na solução deste problema inverso.
Solução Analítica De Problema Bidimensional De Condução De Calor Utilizando Funções De Green
Estudos Interdisciplinares nas Ciências Exatas e da Terra e Engenharias 4, 2019
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Revista Mundi Engenharia, Tecnologia e Gestão (ISSN: 2525-4782), 2019
Um grande número de problemas de biotransferência de calor pode envolver condições de contorno específicas para simular situações de aquecimento, queimaduras e termoterapias. Apesar das soluções analíticas disponíveis, muitas formas clássicas e modificadas da famosa equação de Pennes requerem soluções numéricas rápidas e precisas. Este trabalho introduz o método da função de base radial (FBR) aplicado à solução da equação de biotransferência de calor com condições de contorno relacionadas à função de aquecimento constante e degrau. Além disso, um esquema adaptativo temporal foi utilizado com o método FBR. Os resultados numéricos obtidos apresentaram erros menores que 0,1%, quando comparados com soluções analíticas e permitem afirmar que a metodologia proposta é precisa. Especificamente, para o caso de aquecimento por função degrau, dois parâmetros de forma FBR foram aplicados para manter os excelentes resultados. Os perfis espaciais mostraram que os nós localizados nos limites for...
Otimização Topológica Para Problemas De Condução De Calor Usando Elementos Finitos Poligonais
This work is focused on topology optimization of heat transfer in two dimensional problems (2D). Its aim was to perform simulations on different MATLAB routines for the topological optimization of pure heat conduction, trying to emulate the traditional "tree-like" optimized conductive pathway commonly seen in literature. Firstly, we discuss the 99-line educational algorithm created by Ole Sigmund and known till this day as the access point for the learning and implementing of topology optimization for compliance minimization of statically loaded structures. Afterwards, this script was altered to adapt it to topology optimization for heat conduction in isotropic and homogeneous domains. To further illustrate the algorithm's functioning, different optimizations were conducted by altering specific parameters, such as the total number of mesh elements and the filter's size. General applications and limitations of this method were discussed. To conclude the work, PolyTop, an efficient MATLAB code for structural topology optimization using unstructured meshes with polygonal finite elements were introduced and discussed, followed by its alteration for single physics topology optimization of heat transfer. Also, as part of the validation process, different initial conditions were simulated and resulting optimized branched structures compared with topologies obtained with Sigmund's adapted 99-line.