Métodos Numéricos em Transferência de Calor

análise de transferência de calor determina a taxa de fluxo de calor , o campo de temperatura, ou ambos os valores simultaneamente. Análise de transferência de calor é usado para estudar o fluxo de calor durante os processos de fabricação , a perda de calor através dos edifícios , o comportamento dos materiais prever quando exposto ao fogo e modelar o desempenho de aquecimento e sistemas de refrigeração . Problemas de transferência de calor pode ser resolvido usando métodos gráficos, analíticos e numéricos . Os métodos numéricos alterar a análise de transferência de calor de um sistema para um conjunto de equações algébricas de ser resolvidos simultaneamente . Vantagens

Métodos numéricos pode manipular equações diferenciais não-lineares como condições de contorno que os métodos analíticos não pode. De acordo com " Princípios de Transferência de Calor ", de Frank Kreith ", a abordagem numérica ... é recomendado , pois pode ser facilmente adaptado a todos os tipos de condições de contorno e formas geométricas . " Métodos numéricos pode-se calcular o fluxo de calor quando mais de uma forma de transferência de calor está ocorrendo. Métodos numéricos também permitem uma aproximação da transferência de calor em fluidos que outros métodos não podem avaliar .
Métodos

Métodos numéricos requerem um conjunto discreto de condições de contorno iniciais para determinar o calor transferência do sistema . Métodos numéricos incluem a análise de elementos finitos , método de diferenças finitas , o elemento limite de impedância e método de equação integral. O método de diferenças finitas divide o modelo de transferência de calor em uma área com diferenças iguais entre eles. Análise de Elementos Finitos (FEA) divide a estrutura em pequenas seções chamadas volumes de controle . Os valores de transferência de calor são calculados para essa célula utilizando as entradas nas fronteiras de cada quadrado usando métodos numéricos . Os dois triângulos e grades são usados ​​para dividir um espaço em elementos finitos ou diferenças finitas.
Problemas
Porque métodos numéricos encontrar a equação de transferência de calor com base nas condições iniciais, o equação pode não ser bom para todas as condições.

métodos numéricos proporcionar uma aproximação da solução real . Métodos numéricos fornecer uma análise do modelo dado o actual conjunto de condições. Métodos numéricos não captam o estado futuro, se as variáveis ​​do sistema estão mudando de uma forma não - linear. Métodos numéricos estão sujeitos à instabilidade numérica e consistência numérica. Instabilidade numérica é criada quando as equações não são iguais condições , porque um parâmetro chave é eliminada por discretização . Consistência numérica mede o efeito da forma como o truncamento dos resultados da equação de afectar a resposta . Se uma variável é igual a um sétimo e truncado para 0,14, um método numérico consistente terá o mesmo ou um resultado semelhante do que se 0,143 foi usado para o valor da variável .

Soluções

equações algébricas Normalizar converte equações para proporções de outras equações ou cancela tantas variáveis ​​quanto possível. Usando volumes de controle menores diminui o erro associado com o uso de métodos numéricos . No entanto , ele também aumenta o número de equações a serem resolvidos simultaneamente . O problema do cálculo do grande número de equações é reduzida por utilização de computadores para realizar os cálculos . Variando os métodos de normalização das condições de contorno seguidos de recalcular as equações determina a consistência. De acordo com a " Transferência de Calor Computacional " por Yogesh Jaluria e Kenneth Torrance, " os resultados analíticos e experimentais disponíveis são de importância considerável para a verificação da exatidão e validade dos resultados numéricos. "


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