Enunciado

Considere uma condução de calor unidimensional permanente em uma parede plana com geração de calor variável e condutividade térmica constante. A rede nodal do meio consiste dos nós 0, 1, 2, 3, 4 e 5 com espaçamento nodal uniforme de ∆ x . Usando a forma de diferenças finitas da derivada primeira (e não a abordagem do balanço de energia), obtenha a formulação de diferenças finitas dos nós de contorno para o caso de isolamento no contorno da esquerda (nó 0) e de radiação no contorno da direita (nó 5) com emissividade e temperatura ambiente de T c i r .

Passo 1

Então pessoal, o que precisamos encontrar primeiro aqui são as condições de contorno para os nós indicados no enunciado, vamos lá?

Note que para o nó 0 a parede se encontra isolada, logo:

- k d T d x = 0

Para o nó 5 segundo o exercício só ocorre radiação, e pela figura é onde termina nossa parede certo? Vamos dizer que a parede possua um comprimento L , equacionando...

- k d T L d x = ε σ [ T 4 L - T c i r 4 ]

Lembrando que ε é a emissividade e σ é a constante de boltzmann.

Passo 2

Muito bem agora que temos nossas condições de contorno vamos formular nossas diferenças finitas para o nó 0 e nó 5.

d T d x m = 0 = T 1 - T 0 ∆ x

d T d x m = 4 = T 5 - T 4 ∆ x

Resposta

Agora para finalizar com chave de ouro...vamos substituir a formulação encontrada para os nós nas condições de contorno:

- k T 1 - T 0 d x = 0

- k T 5 - T 4 d x = ε σ [ T 5 4 L - T c i r 4 ]

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