DOĞRUSAL OLMAYAN SINIR KOŞULLARINA SAHİP ISI TRANSFERİ PROBLEMLERİNİN SINIR ELEMAN YÖNTEMİ İLE ANALİZİNE YÖNELİK YENİ BİR FORMÜLASYON

Bu çalışmada Fourier denklemi ile ifade edilen ısı transferi problemlerinin bir ya da daha fazla bölgesinde tanımlı doğrusal olmayan sınır koşulları altında çözümüne yönelik sınır eleman yöntemi tabanlı etkili bir sayısal çözüm sunulmaktadır. Çözüm, sınır eleman yöntemi sistem matrislerinin üzerinde yapılan matematiksel işlemler ile bilinmeyenleri sadece doğrusal olmayan sınır bölgesindeki sıcaklık farkı olan indirgenmiş matris denklemleri elde etmektedir. Bu sayede doğrusal olmayan sınır koşullarına dayalı iterasyonlar daha hızlı gerçekleştirilebilmektedir. Doğrusal olmayan sınır koşullarının tanımlı olduğu bölgelerde çözüm elde edildikten sonra tüm sınır çözümü tanımlı bir son-işlem ile gerçekleştirilebilmektedir. Gerçek çözümü elde edilmiş bir örnek kullanılarak elde edilen sonuçlar değerlendirilmiştir.

A NEW FORMULATION FOR THE BOUNDARY ELEMENT ANALYSIS OF HEAT CONDUCTION PROBLEMS WITH NONLINEAR BOUNDARY CONDITIONS

An effective numerical method based on the boundary element formulation is presented to solve heat conduction equations which are governed by the Fourier equation, with nonlinear boundary conditions on one or more sections of the prescribed boundary. The solution involves the manipulation of the system matrices of the boundary element method and obtaining a smaller ranked matrix equation in which the unknown is only the temperature difference over the nonlinear boundary condition region. This way, the iterations to deal with the nonlinear conditions are performed faster. After finding the solution over the nonlinear boundary condition region, the solution over the entire boundary is obtained as a post-process through a prescribed relation. An example with a proven exact solution is employed to assess the results.

___

  • Becker, A. A., 1992, The Boundary Element Method in Engineering, A complete course. McGraw-Hill.
  • Beer, G., Smith, I., and Duenser, C., 2008, The Boundary Element Method with Programming. Springer-Verlag/Wien.
  • Bialecki, R. and Nowak, A., 1981, Boundary value problems in heat conduction with nonlinear material and nonlinear boundary conditions. Applied Mathematical Modelling, 5(6):417–421.
  • Chan, C. L., 1993, A local iteration scheme for nonlinear two-dimensional steady-state heat conduction: a bem approach. Applied Mathematical Modeling, 17:650–657.
  • Dehghani, A., Moradi, A., Dehghani, M., and Ahani, A., 2011, Nonlinear solution for radiation boundary condition of heat transfer process in human eye. 33rd Annual International Conference of the IEEE EMBS Boston, Massachusetts USA, August 30 - September 3, 2011.
  • Karakaya, Z., Baranoglu, B., Cetin, B., and Yazici, A., 2015, A Parallel Boundary Element Formulation for Tracking Multiple Particle Trajectories in Stoke’s Flow for Microfluidic Applications. CMES-Computer Modeling Engineering & Sciences, 104(3):227–249.
  • Lesnic, D., Onyago, T. T. M., and Ingham, D. B., 2009), The boundary element method for the determination of nonlinear boundary conditions in heat conduction. WIT Transactions on Modelling and Simulation, 48:45–55.
  • Mengi, Y. and Argeso, H., 2006, A unified approach for the formulation of interaction problems by the boundary element method. International Journal for Numerical Methods in Engineering, 66(5):816–842.
  • Mosayebidorcheh, S., Ganji, D., and Farzinpoor, M., 2014, Approximate solution of the nonlinear heat transfer equation of a fin with the power-law temperature-dependent thermal conductivity and heat transfer coefficient. Propulsion and Power Research, 3(1):41 – 47.
  • Mukherjee, S. and Morjaria, M., 1984 On the efficiency and accuracy of the boundary element method and the finite element method. International Journal for Numerical Methods in Engineering, 20:515–522.
  • Nowacki, W.,1967, Thermoelasticity. Addison-Wesley.
  • Onyago, T. T. M., Ingham, D. B., and Lesnic, D., 2009, Reconstruction of boundary condition laws in heat conduction using the boundary element method. Computers and Mathematics with Applications, 57:153–168.
  • Santos, W., Brasil, S., Antonio Fontes Santiago, J., and Telles, J. C., 2018, A new solution technique for cathodic protection systems with homogeneous region by the boundary element method. Revue europeenne de mecanique numerique, 27(5-6 Advances in Boundary Element Techniques):368–382.
  • Slodicka, M., Lesnic, D., and Onyago, T. T. M., 2010, Determination of a time-dependent heat transfer coefficient in a nonlinear inverse heat conduction problem. Inverse Problems in Science and Engineering, 18(1):65–81.
  • Wrobel, L. and Brebbia, C. A., editors, 1992, Boundary Element Methods in Heat Transfer. International Series on Computational Engineering, Springer.
  • Xu, S. Q. and Kamiya, N., 1997, An adaptive boundary element mesh for the problem with nonlinear robin-type boundary condition. Advances in Engineering Software, 28:533–538.
  • Yalçın, O. F. and Mengi, Y., 2013, A new boundary element formulation for wave load analysis. Computational Mechanics, 52(4):815–826.
Isı Bilimi ve Tekniği Dergisi-Cover
  • ISSN: 1300-3615
  • Yayın Aralığı: Yılda 2 Sayı
  • Başlangıç: 1977
  • Yayıncı: TÜRK ISI BİLİMİ VE TEKNİĞİ DERNEĞİ
Sayıdaki Diğer Makaleler

EGZOS SİSTEMLERİNDE DEPOZİT TESTLERİ VE DEPOZİT DOZLAMA HARİTASININ ÇIKARILMASI

İsmail SAVCI, Hande BEZCİ

PİN FİN ŞEKLİ VE BÜYÜKLÜĞÜNÜN TÜRBİN KANADI FİRAR KENARINDAKİ AKIŞ VE ISI TRANSFERİNE ETKİLERİ

Tuğba TUNÇEL, Harika KAHVECİ

SPREY KONİ AÇISININ DİREKT ENJEKSİYONLU MOTORDA KEROSEN İÇİN YANMA VE PERFORMANS KARAKTERİSTİKLERİNE ETKİLERİ

Ahmet YONTAR

YOĞUNLAŞMIŞ ISINMALI VE ELMAS ALTTAŞLI GAN HEMT’LERİN ISI DAĞITMA PERFORMANSI

Mohammad AZARIFAR, Doğacan KARA, Nazlı DÖNMEZER

KARBON BAZLI NANOKANALLARDA SUYUN HİDRODİNAMİK KAYMA MESAFESİNIN MOLEKÜLER DİNAMİK YÖNTEMİ İLE İNCELENMESİ

Alper CELEBI, Jafar GHORBANIAN, Ali BESKOK

SİNTERLİ VE OLUKLU FİTİL YAPILARINA SAHİP TİCARİ ISI BORULARININ DOĞAL TAŞINIM ALTINDA PERFORMANSLARININ SINANMASI

Atakan ATAY, Büşra SARIARSLAN, Yiğit KUŞÇU, Samet SAYGAN, Yiğit AKKUŞ, Türker GÜRER, Barbaros ÇETİN, Zafer DURSUNKAYA

EKSENEL KOMPRESÖRLER İÇİN OTOMATİK TASARIM VE ANALİZ ARACI GELİŞTİRİLMESİ

Necmettin Anıl Kündeş KÜNDEŞ, Mehmet AKSEL, Özgür BARAN

JEOTERMAL ISI KAYNAKLI ORGANİK RANKİNE ÇEVRİMİNİN (ORC) FARKLI ORGANİK AKIŞKANLAR İÇİN TERMODİNAMİK ANALİZİ

Canan CİMŞİT

DOĞRUSAL OLMAYAN SINIR KOŞULLARINA SAHİP ISI TRANSFERİ PROBLEMLERİNİN SINIR ELEMAN YÖNTEMİ İLE ANALİZİNE YÖNELİK YENİ BİR FORMÜLASYON

Besim BARANOĞLU

DIŞ GEÇİŞ AKIŞI REJİMİNDE KARE, SİLİNDİR VE PLAKA ISI KUYULARI İÇİN ISI TRANSFER PERFORMANSI ÜZERİNE DENEYSEL VE SAYISAL ÇALIŞMA

Aykut BARIŞ, Özgür BAYER