Análise transiente da transferência de calor em um tubo através do método das diferenças finitas

Abstract

O presente trabalho apresenta a solução numérica da equação de difusão do calor em regime transiente em duas dimensões em coordenadas cilíndricas. Para tanto, utiliza-se o método das diferenças finitas, o qual é implementado em um programa desenvolvido em linguagem Fortran. Essa metodologia é aplicada ao caso prático de um coletor solar parabólico. As propriedades termofísicas envolvidas são consideradas constantes, as condições de contorno utilizadas são de segunda e de terceira espécies, e a condição inicial é dada pelo conhecimento do campo de temperaturas no instante inicial. Analisa-se, então, a transferência de calor ao longo do tempo nesse coletor, gerando-se o campo de temperaturas na situação de equilíbrio. Além disso, utiliza-se uma equação responsável pelo incremento no passo temporal, minimizando o número de iterações necessárias para a convergência. Os resultados obtidos se encontram em boa concordância com os resultados disponíveis na literatura especializada consultada.

This work presents the numerical solution of the two dimensions diffusion equation, in the transient regime, in cylindrical coordinates. For this purpose, the finite difference method is used, which is implemented in a program developed in Fortran language. This methodology is applied to the practical case of a parabolic solar collector. The thermophysical properties involved are constants, the boundary conditions used are of the second and third types, and the initial condition is given by the known of the temperature field at the initial time. The heat transfer over time is analyzed, generating the temperature field in equilibrium. In addition, an equation responsible for the increase in time step by minimizing the number of iterations required for convergence is used. The results are in good agreement with the results available in the literature consulted.