Three-dimensional boundary element thermal shape sensitivity analysis

• Published in: International journal of heat and mass transfer 1992-06, Vol.35 (6), p.1427-1439
• Main Authors: Prasad, K.Guru, Kane, J.H.
• Format: Article
• Language: English
• Subjects: Exact sciences and technology; Fluid Mechanics And Heat Transfer; Fundamental areas of phenomenology (including applications); Heat conduction; Heat transfer; Physics
• ISSN: 0017-9310; 1879-2189
• DOI: 10.1016/0017-9310(92)90034-P

A computationally efficient and accurate shape design sensitivity analysis (DSA) approach for the thermal response of three-dimensional (3D) solid objects is presented which utilizes a direct, singular, boundary element analysis (BEA) formulation. The theoretical formulations for the primary response (the surface temperature and normal heat flux) sensitivities and the secondary response (tangential components of the heat flux, vector, interior point temperature and heat flux vector components) sensitivities are presented. A number of computational issues related to the overall efficiency of implementation of these formulations are discussed. Numerical results are presented to demonstrate the accuracy and efficiency of this approach. On présente une analyse de sensibilité à la forme (DSA) très efficace et précise numériquement pour la réponse thermique d'un solide tridimensionnel (3D) ; elle utilise une formulation d'analyse directe d'élément de frontiére (BEA). On présente les formulations théoriques des sensibilités pour la réponse primaire (température et flux normal thermique pariétaux) et des sensibilités à la réponse secondaire (composantes tangentielles du flux thermique, température et composantes du flux thermique en un point intérieur). On discute les données du calcul pour l'efficacité globale d'implémentation de ces formulations. Des résultats numériques sont présentés pour démontrer la précision et l'efficacité de cette approche. Für die Darstellung des thermischen Übergangsverhaltens eines dreidimensionalen Festkörpers wird eine recheneffiziente und genaue Sensitivitätsanalyse vorgestellt, die eine direkte und singuläre Formulierung der Randelementanalyse benutzt. Die theoretische Formulierung für die Sensitivität der primären Systemantwort (Oberflächentemperatur und Wärmestromdichte in normaler Richtung) und der sekundären Systemantwort (Tangentialkomponenten des Wärmestromdichten-Vektors, Temperatur und Komponenten des Wärmestromdichten-Vektors im Inneren) wird vorgestellt. Hierzu wird eine Anzahl von Rechenergebnissen bezüglich der Gesamteffizienz der Implementierung dieser Formulierungen diskutiert. Zur Darstellung der Genauigkeit und Effizienz dieses Näherungsverfahrens werden numerische Ergebnisse präsentiert. HA ocнoвe пpямoгo cингyляpнoгo AнAлизA гpAничнoгo элeмeитA иpeдлoзeн эффeктивный и тoчный мeтoд AнAлизA yпpAвляeмocти фopмoй для oпpeдeлeния динAмичecкич чApAктepиcтик тpeчмepныч твepдыч тeл. ДAны тeopeтичecкиe фopмyлиpoвки пepвичн