Análise de técnicas lineares e não-lineares para solução de problemas inversos em condução de calor tridimensional.

Abstract

Problemas inversos em transferência de calor são aqueles em que se deseja determinar algum parâmetro desconhecido de algum modelo físico, através da observação das informações de temperatura. Apresenta-se neste trabalho uma comparação de técnicas lineares e não-lineares para solução de problemas inversos em condução de calor tridimensional visando a estimação do fluxo de calor. Como problema direto, a equação da difusão do calor tridimensional foi discretizada através do método dos elementos finitos (MEF) em um algoritmo escrito no programa comercial Matlab®. Para solucionar o problema inverso, utilizou-se: o Método da Função Especificada Sequencial baseado no teorema de Duhamel para solução de problemas de condução de calor lineares; o método da Função Especificada iterativo para problemas não-lineares; e o método da Seção Áurea com Regularização de Viagem no Tempo (Time Traveling Regularization). A metodologia implementada foi validada através de dois experimentos realizados no Laboratório de Transferência de Calor (LabTC) da Universidade Federal de Itajubá (UNIFEI). O primeiro experimento foi elaborado em uma amostra de aço inoxidável AISI 304, cujo fluxo de calor desconhecido foi estimado utilizando as técnicas propostas, considerando o problema linear e isolado termicamente. No segundo experimento foi utilizada uma amostra de carboneto de tungstênio (WC) submetida a aquecimento e convecção natural. Nesse caso, realizou-se um estudo de estimação de fluxo de calor com as técnicas de problemas inversos iterativas, já que o problema pode ser considerado não-linear. Os valores do fluxo de calor estimados foram comparados com os medidos experimentalmente e avaliada a importância de se considerar a convecção natural no estudo do problema.