Transferência de calor em regime transiente : modelos analíticos e numéricos - Simões, Nuno Albino Vieira (2007)
O principal objectivo deste trabalho é contribuir para o desenvolvimento de formulações analíticas e numéricas aplicáveis à modelação de problemas de transferência de calor, por condução e convecção, em regime transiente. As formulações propostas permitem a análise de sistemas com uma geometria constante ao longo de uma direcção, de forma a, caso se considere que o sistema em análise é sujeito à acção de uma fonte de calor pontual, ser possível calcular o campo 3D do calor através de um somatório de soluções bidimensionais, definidas para uma sequência de números de onda axiais ao longo da direcção em que a geometria do problema se mantém constante. As formulações analíticas permitem o cálculo do campo de calor 2D ou 3 D na presença de inclusões cilíndricas de secção circular e de formações estratificadas compostas por uma sequência de camadas planas e paralelas. Estas soluções são interessantes por serem aplicáveis na resolução de problemas e úteis como soluções de referência em processos de verificação de algoritmos numéricos. As soluções analíticas apresentadas para os sistemas cilíndricos circulares foram, de facto utilizadas na validação dos modelos desenvolvidos, baseados no Método dos Elementos Fronteira (BEM). Demonstrou-se que as soluções fundamentais definidas para sistemas estratificados podem ser úteis no estudo do comportamento térmico de soluções construtivas multicamada tais como paredes, pavimentos ou coberturas. Estas soluções podem ainda ser incorporadas no BEM para resolver problemas envolvendo meios estratificados com heterogeneidades térmicas no seu interior, sem que seja necessário discretizar as interfaces entre as camadas planas que compõem o sistema estratificado. Os modelos baseados no BEM, descritos na presente dissertação, permitem analisar a transferência 3D de calor, em regime transiente, na vizinhança de inclusões cilíndricas de secção irregular e de comprimento infinito, ultrapassar as dificuldades de modelação de corpos bidimensionais de ínfima espessura e resolver problemas com condições iniciais diferentes de zero.