Método das diferenças finitas e simulação aplicado a um problema de transferência de calor 2D em regime estacionário sem geração de calor.

Abstract

A transferência de calor é frequentemente encontrada na esfera das engenharias como um campo de estudo relevante em razão da sua aplicação e importância para o desempenho de processos industriais. Para a resolução de problemas envolvendo a transferência de calor com geometrias e condições de contorno complexas, são utilizados métodos numéricos através de técnicas de simulação que podem ser resolvidos por meio de problemas computacionais utilizando a pronta disponibilidade de computadores. O objetivo do trabalho é implementar um código computacional para a análise da transferência de calor bidimensional estacionária em aplicações de engenharia, utilizando o método das diferenças finitas que se baseia na substituição das equações diferenciais por equações algébricas. É realizado o estudo teórico sobre a transferência de calor e o método das diferenças finitas, é descrito a equação do calor pelo método, é demonstrado a técnica das diferenças finitas em código computacional usando o software livre Scilab, aplicando o caso prático comparando os resultados obtidos no código implementado. Após a simulação, são analisadas a influência da condutividade térmica e convecção forçada e natural, a variação de resultados através da variação do número de células de simulação e, por fim, a comparação com o software SS-T Conduct para validação dos resultados, demonstrando que o programa envolvendo o código computacional funcionou corretamente e apresentou bons resultados com a faixa de variação entre 0°C a 2°C, com 88% dos resultados abaixo de 1°C para o aço carbono, aço inox, alumínio e cobre.