Cálculo numérico de integrales de dominio 2D en el método de elementos de contorno por transformación de distancias para problemas de conducción de calor transitoria
Autores: Dong, Yunqiao; Tan, Zhengxu; Sun, Hengbo
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Cálculo numérico de integrales de dominio 2D en el método de elementos de contorno por transformación de distancias para problemas de conducción de calor transitoria
Categoría
Matemáticas
Subcategoría
Análisis matemático
Palabras clave
Método de elementos de contorno dependiente del tiempo
Conducción de calor transitoria
Integrales de dominio
Transformación de distancias
Evaluación numérica
Precisión
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 24
Citaciones: Sin citaciones
Cuando se emplea el método de elementos de contorno dependientes del tiempo, también denominado método de condición pseudo-inicial, para resolver problemas de conducción de calor transitoria, es necesario realizar la evaluación numérica de integrales de dominio. En consecuencia, el cálculo preciso de las integrales de dominio es de crucial importancia para analizar la conducción de calor transitoria. Sin embargo, a medida que el paso de tiempo disminuye progresivamente y se acerca a cero, el integrando de las integrales de dominio es cercano a singular, lo que resulta en grandes errores al emplear directamente la cuadratura gaussiana estándar. Para resolver el problema y mejorar aún más la precisión del cálculo de las integrales de dominio, se presenta una transformación de distancia. La transformación de distancia es un método simple y eficiente para eliminar la cercanía a la singularidad, típicamente aplicado a integrales casi singulares. En primer lugar, se introduce la transformación de coordenadas de distancia. Luego, se construye una nueva transformación de distancia para las integrales de dominio reemplazando la distancia más corta por el paso de tiempo. Con el nuevo método, el integrando de las integrales de dominio se suaviza sustancialmente y la singularidad derivada de pequeños pasos de tiempo en las integrales de dominio se elimina de manera efectiva. Por lo tanto, se pueden obtener resultados más precisos mediante la transformación de distancia. Se consideran diferentes tamaños de pasos de tiempo, posiciones del punto fuente y formas de los elementos de integración en ejemplos numéricos. Estudios comparativos de los resultados numéricos para las integrales de dominio utilizando varios métodos demuestran que se logra una mayor precisión y eficiencia con el método propuesto.
Descripción
Cuando se emplea el método de elementos de contorno dependientes del tiempo, también denominado método de condición pseudo-inicial, para resolver problemas de conducción de calor transitoria, es necesario realizar la evaluación numérica de integrales de dominio. En consecuencia, el cálculo preciso de las integrales de dominio es de crucial importancia para analizar la conducción de calor transitoria. Sin embargo, a medida que el paso de tiempo disminuye progresivamente y se acerca a cero, el integrando de las integrales de dominio es cercano a singular, lo que resulta en grandes errores al emplear directamente la cuadratura gaussiana estándar. Para resolver el problema y mejorar aún más la precisión del cálculo de las integrales de dominio, se presenta una transformación de distancia. La transformación de distancia es un método simple y eficiente para eliminar la cercanía a la singularidad, típicamente aplicado a integrales casi singulares. En primer lugar, se introduce la transformación de coordenadas de distancia. Luego, se construye una nueva transformación de distancia para las integrales de dominio reemplazando la distancia más corta por el paso de tiempo. Con el nuevo método, el integrando de las integrales de dominio se suaviza sustancialmente y la singularidad derivada de pequeños pasos de tiempo en las integrales de dominio se elimina de manera efectiva. Por lo tanto, se pueden obtener resultados más precisos mediante la transformación de distancia. Se consideran diferentes tamaños de pasos de tiempo, posiciones del punto fuente y formas de los elementos de integración en ejemplos numéricos. Estudios comparativos de los resultados numéricos para las integrales de dominio utilizando varios métodos demuestran que se logra una mayor precisión y eficiencia con el método propuesto.