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Título: Modelagem numérica da condução de calor com condutividade térmica dependente da temperatura utilizando python
Título(s) alternativo(s): Numerical modeling of heat conduction with temperature-dependent thermal conductivity using python
Autor(es): Wormhoudt, Gustavo Knox
Orientador(es): Steffen, Vilmar
Palavras-chave: Teorias não-lineares
Calor - Condução
Python (Linguagem de programação de computador)
Diferenças finitas
Nonlinear theories
Heat - Conduction
Python (Computer program language)
Finite differences
Data do documento: 30-Jun-2026
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Francisco Beltrao
Citação: WORMHOUDT, Gustavo Knox. Modelagem numérica da condução de calor com condutividade térmica dependente da temperatura utilizando python. 2026. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia Química) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Francisco Beltrão, 2026.
Resumo: A condutividade térmica é uma propriedade física que representa a capacidade de um material de conduzir calor. Em muitos problemas de transferência de calor, essa propriedade é tratada como constante devido à simplificação matemática, embora possa variar em função da temperatura do material. Neste trabalho, foi desenvolvida uma metodologia numérica para a determinação da condutividade térmica em função da temperatura, considerando a condução de calor unidimensional em regime estacionário. A análise foi aplicada a três materiais metálicos: cobre, alumínio e latão. Para isso, a equação governante foi discretizada pelo Método das Diferenças Finitas, e os parâmetros dos modelos de 𝑘(𝑇) foram ajustados por meio de um método determinístico e métodos heurísticos. Foram avaliados os modelos linear, exponencial e quadrático, utilizando os métodos Levenberg-Marquardt, Differential Evolution e Dual Annealing. Os resultados obtidos permitiram estimar os coeficientes dos modelos de condutividade térmica dependentes da temperatura e comparar o desempenho dos modelos e dos métodos aplicados. Verificou-se que os objetivos propostos foram alcançados, uma vez que a metodologia desenvolvida foi capaz de representar os perfis experimentais de temperatura e avaliar a coerência dos modelos ajustados para os materiais estudados.
Abstract: Thermal conductivity is a physical property that represents the ability of a material to conduct heat. In many heat transfer problems, this property is treated as constant due to mathematical simplification, although it may vary with the material temperature. In this work, a numerical methodology was developed to determine thermal conductivity as a function of temperature, considering one-dimensional steady-state heat conduction. The analysis was applied to three metallic materials: copper, aluminum, and brass. For this purpose, the governing equation was discretized using the Finite Difference Method, and the parameters of the 𝑘(𝑇) models were adjusted using deterministic and heuristic optimization methods. Linear, exponential, and quadratic models were evaluated using the Levenberg-Marquardt, Differential Evolution, and Dual Annealing methods. The results allowed the estimation of the coefficients of temperature-dependent thermal conductivity models and the comparison of the performance of the applied models and methods. It was verified that the proposed objectives were achieved, since the developed methodology was able to represent experimental temperature profiles and evaluate the consistency of the adjusted models for the materials studied.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/41049
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