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

Abstract

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 diferenças 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.

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 involves 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.