Equação do calor bidimensional com condições de contorno de Neumann: soluções analítica e numérica

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Main Author: Brito, Leandro Wrzecionek de
Publication Date: 2024
Format: Bachelor thesis
Language: por
Source: Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))
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Summary: In this article, we addressed the two-dimensional heat equation with Neumann boundary conditions, which describes the diffusion of heat through a solid. This equation holds significant importance in projects involving thermal systems. We performed the algebraic derivation of the equation, and subsequently, obtained both analytical and numerical solutions. The analytical solution was obtained using the method of separation of variables. On the other hand, to obtain the numerical solution, we applied the Finite Difference Method, which was initially utilized by Leonhard Euler (1707 – 1783) and is widely used in numerical simulations. The results achieved, both numerical and analytical, were implemented using the Python programming language. Finally, we conducted an analysis of the solution through 2D graphs and evaluated the relative error. We conclude that the numerical solution provides a good approximation to the analytical solution.
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spelling Equação do calor bidimensional com condições de contorno de Neumann: soluções analítica e numéricaTwo-dimensional heat equation with Neumann boundary conditions: analytical and numerical solutionsEquações diferenciais parciaisEquação de calorProblemas de valores de contornoDifferential equations, PartialHeat equationBoundary value problemsCNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::MATEMATICAIn this article, we addressed the two-dimensional heat equation with Neumann boundary conditions, which describes the diffusion of heat through a solid. This equation holds significant importance in projects involving thermal systems. We performed the algebraic derivation of the equation, and subsequently, obtained both analytical and numerical solutions. The analytical solution was obtained using the method of separation of variables. On the other hand, to obtain the numerical solution, we applied the Finite Difference Method, which was initially utilized by Leonhard Euler (1707 – 1783) and is widely used in numerical simulations. The results achieved, both numerical and analytical, were implemented using the Python programming language. Finally, we conducted an analysis of the solution through 2D graphs and evaluated the relative error. We conclude that the numerical solution provides a good approximation to the analytical solution.Neste trabalho, abordou-se a equação do calor bidimensional com condições de contorno de Neumann, a qual descreve a difusão do calor ao longo de um sólido. Esta equação tem grande importância em projetos que envolvem sistemas térmicos. Fez-se a dedução algébrica da equação, e então, foram obtidas as soluções analítica e numérica. A solução analítica foi obtida pelo método da separação de variáveis. Por outro lado, para obter a solução numérica, aplicou-se o Método das Diferenças Finitas, que foi utilizado inicialmente por Leonhard Euler (1707 – 1783) e é largamente utilizado em simulações numéricas. Os resultados alcançados, tanto numérico quanto analítico, foram implementados por meio da linguagem de programação Python. Por fim, faz-se a análise da solução por meio de gráficos 2D e avaliação do erro relativo. Conclui-se que a solução numérica é uma boa aproximação para a solução analítica.Universidade Tecnológica Federal do ParanáToledoBrasilLicenciatura em MatemáticaUTFPRGalina, VanderleiCargnelutti, JocelaineGalina, VanderleiCargnelutti, JocelainePiovesan, Marcia ReginaDalposso, Gustavo HenriqueBrito, Leandro Wrzecionek de2025-01-27T20:03:48Z2025-01-27T20:03:48Z2024-06-13info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/bachelorThesisapplication/pdfBRITO, Leandro Wrzecionek de. Equação do calor bidimensional com condições de contorno de Neumann: soluções analítica e numérica. 2024. 47 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Licenciatura em Matemática) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Toledo, 2024.http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/35839porhttps://creativecommons.org/licenses/by/4.0/deed.eninfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))instname:Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)instacron:UTFPR2025-01-28T06:09:34Zoai:repositorio.utfpr.edu.br:1/35839Repositório InstitucionalPUBhttp://repositorio.utfpr.edu.br:8080/oai/requestriut@utfpr.edu.br || sibi@utfpr.edu.bropendoar:2025-01-28T06:09:34Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT)) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)false
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