ANÁLISE DE DIFUSÃO TÉRMICA EM UMA PLACA PLANA POR MEIO DA APLICAÇÃO DO MÉTODO DE VOLUMES FINITOS

Abstract

Nas ciências exatas e na engenharia, é comum encontrar uma variedade de problemas físicos e matemáticos para os quais é necessário encontrar uma solução. Assim, o ideal seria obter uma solução exata. No entanto, em grande parte devido às dificuldades encontradas, muitas vezes não existem soluções exatas para as equações matemáticas que modelam muitos problemas. Dessa forma, como alternativa aos métodos analíticos, surgiram os métodos numéricos para resolver as equações que regem um determinado fenômeno físico, tornando-as matematicamente mais simples. O método de volumes finitos (MVF) é o método mais empregado na solução de problemas de engenharia envolvendo a área de termofluidodinâmica por algumas razões, como a possibilidade de aplicações em problemas não lineares e a observância dos princípios de conservação em todos os níveis, global e discreto. Este trabalho tem como objetivo aplicar o MVF sob abordagem explícita na solução de um problema bidimensional de difusão de calor transiente em uma placa plana de aço carbono, submetida à convecção com um fluido, por meio da implementação de uma rotina computacional no software livre Octave. Os perfis de temperatura foram obtidos para diferentes instantes de tempo de 50, 100 e 200 minutos de exposição às condições de contorno impostas, de modo que foi possível visualizar, por meio dos resultados obtidos, que os gradientes de temperatura surgem inicialmente em função de uma redução de temperatura nas faces externas, devido à diferença de temperatura com o fluido, de modo que a transferência de calor se inicia por convecção e, posteriormente, devido ao gradiente de temperatura criado entre as regiões interna e externa da placa, a transferência de calor se inicia por difusão do interior da placa para as superfícies externas.