Esquemas para calcular a condutividade térmica nas faces de volumes finitos

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Carvalho, Neil Franco de
Data de Publicação: 2011
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFPR
Texto Completo: https://hdl.handle.net/1884/34935
Resumo: Orientador: Prof. Dr. Carlos Henrique Marchi
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spelling Universidade Federal do Paraná. Setor de Tecnologia. Programa de Pós-Graduação em Engenharia MecânicaMarchi, Carlos Henrique, 1966-Carvalho, Neil Franco de2024-07-29T18:43:41Z2024-07-29T18:43:41Z2011https://hdl.handle.net/1884/34935Orientador: Prof. Dr. Carlos Henrique MarchiTese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. Defesa: Curitiba,22/06/2011Bibliografia: fls. 133-135Área de concentração: Fenômenos de transporte e mecânica dos solosResumo: A solução de problemas difusivos utilizando o método dos volumes finitos necessita do valor da condutividade térmica nas faces dos volumes de controle (somente se ela for variável). Assim, os objetivos deste trabalho são: (i) avaliar o desempenho de alguns esquemas usuais e introduzir novos esquemas para calcular o valor da condutividade térmica (k) nas faces de volumes de controle, quando esta 'e função da temperatura (T) e do meio (s'olido ou fluido); (ii) verificar a influência da mudança de meio se dar em um nó ou na face do volume de controle; e (iii) verificar se o esquema usado para calcular k afeta a ordem do erro de T. Resultados são obtidos para cinco problemas unidimensionais de condução e advecção-difusão de calor, com ou sem fonte de geração de calor. Nestes problemas, a condutividade térmica é considerada variável com o tipo de meio (um ou dois) e com a temperatura. A avaliação é feita em doze esquemas para calcular k, sendo sete da literatura e cinco propostos neste trabalho. A principal contribuição deste trabalho é a avaliação detalhada – dos erros de discretização e suas ordens – dos diferentes esquemas disponíveis na literatura para se calcular a condutividade térmica nas faces dos volumes de controle, incluindo a discussão em relação 'a mudança de material que pode ocorrer na face ou no nó do volume de controle. Também, a relevância do trabalho está na proposição e avaliação de cinco esquemas novos para calcular a condutividade térmica. Observou-se que quando a condutividade térmica é independente da temperatura, o esquema da Média Harmônica de k Baseada na Distribuição Linear da Temperatura Nodal é a melhor opção, mesmo quando comparado ao esquema da Média Harmônica. Para os problemas onde a condutividade térmica é dependente da temperatura, o esquema da Solução Analítica de k Baseado no Problema de Difusão para Dois Meios é a melhor escolha.Abstract: The solution of diffusion problems using the finite volume method requires the value of thermal conductivity at the control-volumes surfaces (only if it is variable). In this context this study aims to: (i) evaluate the performance of some usual schemes and introduce new ones to calculate the value of thermal conductivity (k) at the control-volumes surfaces, when it is a function of temperature (T) and of mean (solid or fluid); (ii) ) verify the influence of change of mean (if more than one) when occur in a node or at the control-volume surface; and (iii) check whether the scheme used to compute k affects the order of the error of T. Results are obtained for five one-dimensional advection-diffusion and heat conduction problems, with or without a source of heat generation. In these problems, the thermal conductivity is considered variable with the type of mean (one or two) and with temperature. The evaluation is done in twelve schemes to compute k, seven of the literature and five proposed in this work. The main contribution of this work is the detailed evaluation - the discretization errors and their orders - of various schemes available in the literature to calculate the thermal conductivity at the controlvolumes surfaces, including the discussion regarding the change of mean that can occur at the surface or node of the control-volume. Also, the contribution of this work is the proposition and evaluation of five new schemes to calculate the thermal conductivity. It was observed that when the thermal conductivity is independent of temperature, the Harmonic Mean of k Based on the Linear Distribution of the Nodal Temperature scheme is the best option, even when compared to the Harmonic Mean scheme. For those problems where thermal conductivity is temperature dependent, the Analytical Solution of k Based on the Diffusion Problem for Two Materials scheme is the best choice.151f. : il. [algumas color.], tabs.application/pdfDisponível em formato digitalCondutividade térmicaMétodo dos volumes finitosEngenharia mecânicaEsquemas para calcular a condutividade térmica nas faces de volumes finitosinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisporreponame:Repositório Institucional da UFPRinstname:Universidade Federal do Paraná (UFPR)instacron:UFPRinfo:eu-repo/semantics/openAccessORIGINALR - T - NEIL FRANCO DE CARVALHO.pdfapplication/pdf10733598https://acervodigital.ufpr.br/bitstream/1884/34935/1/R%20-%20T%20-%20NEIL%20FRANCO%20DE%20CARVALHO.pdf8c1dfeef34cabf2984f4bc64067e0e61MD51open access1884/349352024-07-29 15:43:41.62open accessoai:acervodigital.ufpr.br:1884/34935Repositório de PublicaçõesPUBhttp://acervodigital.ufpr.br/oai/requestopendoar:3082024-07-29T18:43:41Repositório Institucional da UFPR - Universidade Federal do Paraná (UFPR)false
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