O que é condição de limite da interface – Definição

Condição de Fronteira da Interface

Em problemas de transferência de calor, a condição de limite da interface pode ser usada quando o material é composto de camadas de materiais diferentes. A solução de um problema de transferência de calor nesse meio exige a solução do problema de transferência de calor em cada camada e é necessário especificar uma condição de interface em cada interface. As condições de limite da interface em uma interface são baseadas nos dois requisitos a seguir:

• dois corpos em contato devem ter a mesma temperatura na área de contato (ou seja, um contato ideal sem resistência de contato)
• uma interface não pode armazenar energia e, portanto, a condução de calor na superfície do primeiro material é igual à condução de calor na superfície do segundo material

Vale ressaltar que, quando os componentes são aparafusados ​​ou de outra forma pressionados, também é necessário um conhecimento do desempenho térmico de tais juntas. Nestes sistemas compostos, a queda de temperatura na interface entre os materiais pode ser apreciável. Essa queda de temperatura é caracterizada pelo coeficiente de condutância de contato térmico , h _c , que é uma propriedade que indica a condutividade térmica ou a capacidade de conduzir calor entre dois corpos em contato.

A condição de contorno da interface pode ser matematicamente expressa da maneira mostrada na figura.

Equação geral de condução de calor

A equação de condução de calor é uma equação diferencial parcial que descreve a distribuição de calor (ou o campo de temperatura ) em um determinado corpo ao longo do tempo. O conhecimento detalhado do campo de temperatura é muito importante na condução térmica através de materiais. Uma vez que essa distribuição de temperatura é conhecida, o fluxo de calor de condução em qualquer ponto do material ou em sua superfície pode ser calculado pela lei de Fourier .

A equação do calor é derivada da lei de Fourier e da conservação de energia . A lei de Fourier afirma que a taxa de tempo de transferência de calor através de um material é proporcional ao gradiente negativo na temperatura e à área, perpendicularmente àquele gradiente, através do qual o calor flui.

Uma mudança na energia interna por unidade de volume no material, ΔQ, é proporcional à mudança na temperatura, Δu. Isso é:

∆Q = ρ.c _p .∆T

Forma geral

Usando essas duas equações, podemos derivar a equação geral de condução de calor:

Essa equação também é conhecida como equação de Fourier-Biot e fornece a ferramenta básica para análise de condução de calor. A partir de sua solução, podemos obter o campo de temperatura em função do tempo.

Em palavras, a equação de condução de calor afirma que:

Em qualquer ponto do meio, a taxa líquida de transferência de energia por condução em um volume unitário mais a taxa volumétrica de geração de energia térmica deve ser igual à taxa de variação da energia térmica armazenada dentro do volume.