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Analyse d'irréversibilité d'un nanofluide hybride électromagnétique pour Cattaneo
Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 4288 (2023) Citer cet article
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Pour obtenir une meilleure capacité de transmission de chaleur des fluides ordinaires, de nouveaux nanofluides hybrides (HNF) avec un exposant thermique considérablement plus élevé que les nanofluides (NF) sont utilisés. Les HNF, qui ont un plus grand exposant thermique que les NF, sont appliqués pour augmenter les capacités HT des fluides ordinaires. Les nanoparticules à deux éléments mélangées dans un fluide de base constituent les HNF. Cette recherche étudie l'écoulement et les caractéristiques HT du HNF sur une surface lisse. En conséquence, le modèle géométrique est expliqué en employant la symétrie. La technique comprend le facteur de forme des nanoparticules, la magnétohydrodynamique (MHD), les milieux poreux, Cattaneo-Christov et les effets de flux thermique radiatif. Les équations gouvernantes sont résolues numériquement en utilisant une méthode connue sous le nom de méthode des éléments finis de Galerkin (FEM). Dans cette étude, l'eau H2O a été utilisée comme un fluide ironique et visqueux inapproprié, et le HNF a été étudié. Des nanoparticules de cuivre (Co) et d'alliage de titane (Ti6Al4V) se trouvent dans ce fluide. Le niveau HT d'un tel fluide (Ti6Al4V-Co/H2O) a régulièrement augmenté par rapport aux NF Co-H2O ordinaires, ce qui est une découverte importante de ce travail. L'inclusion de nanoparticules aide à la stabilisation d'un nanofluide qui s'écoule et maintient la symétrie de la forme d'écoulement. La conductivité thermique est la plus élevée dans la couche en forme de lame limite et la plus faible dans les nanoparticules en forme de sphère. L'entropie d'un système augmente de trois caractéristiques : leur rapport par taille fractionnaire, leurs qualités rayonnées et leurs modifications de conductivité thermique. Les principales applications de cet examen sont les implémentations biologiques et médicales telles que les dispositifs implantables dentaires et orthopédiques, ainsi que d'autres dispositifs tels que les vis et les plaques, car ils possèdent un ensemble favorable de caractéristiques telles que de bons biomatériaux, une résistance à la corrosion et à l'usure, et une excellente résistance mécanique. caractéristiques.
Les nanofluides (NF) ont été considérés comme une solution fluide différente potentielle pour améliorer la compétence et l'efficacité des systèmes actuels dans les contextes manufacturiers, commerciaux et résidentiels. Les nombreux avantages d'une efficacité accrue du système thermique comprennent une diminution de l'impact environnemental, une diminution de la consommation d'énergie et des prix plus bas. La pertinence des NF pour une utilisation dans les systèmes actuels a récemment été évaluée en termes de coût et d'impact environnemental en utilisant des approches de durabilité. Les études thermiques sont l'une de ses applications les plus importantes. La consommation d'énergie des systèmes thermiques est essentielle dans l'environnement global. Il a été démontré que plusieurs lectures augmentent les performances des systèmes thermiques basés sur ces éléments, y compris l'emploi de diverses ressources, les liquides produits, les propositions de processus et l'intégration d'informations de pointe pour la construction d'énergie propre, résultant en une explication optimale. L'augmentation de la surface thermique des conversions thermiques pour récupérer leurs performances actuelles est l'une des solutions les plus étudiées ; cependant, cette modification entraîne une accumulation de matière et une augmentation du coût de production. Afin d'assurer un développement technique à long terme, Bretado et al.1 ont souligné l'expansion des NF dans les applications thermiques et ont proposé un examen de leurs avantages et des zones d'opportunité. La récupération de la chaleur résiduelle, qui tente de récupérer les pertes d'énergie sous forme de chaleur, de travail ou d'électricité, a été étudiée par Olabi et al.2. Ils affirment que les NF sont des fluides caloporteurs à haute performance récemment développés. Trois facteurs cruciaux identifiés par Wang et al.3 ont un impact sur l'utilisation des NF mono et hybrides dans les caloducs. Consistance, conductivité thermique et viscosité. L'application de la croissance ou de l'inhibition du transfert de chaleur, ainsi que l'utilisation des NF dans diverses catégories de caloducs, sont décrites. L'apprentissage automatique est exploré dans le contexte des NF (conductivité thermique et viscosité dynamique) et des caloducs chargés de NF. Les développements actuels des caractéristiques thermiques NF et des applications dans une variété de domaines d'ingénierie, allant de la médecine NF aux énergies renouvelables, ont été examinés par Eid4. Ce dernier a connu des avancées majeures en termes de flexibilité et d'élan, qui ont un impact sur les technologies militaires et de bouclier. En conséquence, des applications NF spécialisées dans la recherche spatiale, l'énergie solaire, la médecine NF, les échangeurs de température, les caloducs et le gel électronique ont été étudiées et mises à disposition. Gupta et al.5 ont examiné les progrès actuels de NF dans les capteurs solaires et la manière dont il est utilisé de nos jours. Ils ont découvert que l'utilisation d'un fluide caloporteur de qualité supérieure avec des propriétés physiques thermiques exceptionnelles, telles qu'une conductivité thermique élevée, est le moyen le plus efficace d'augmenter les performances d'un système d'énergie solaire, et NF est la meilleure option pour le faire. Selon Salilih et al.6, l'utilisation de NF a entraîné une diminution de la chaleur du liquide sortant du condenseur, augmentant l'efficacité du système solaire.
Jana et al.7 ont largement abordé le nanofluide hybride (HNF), une classe moderne de NF créée en suspendant plusieurs NF séparés dans les NF de base. De manière inattendue, les caractéristiques thermiques peuvent être augmentées par la création d'une petite partie de nanotubes ou de nanoparticules métalliques au sein des NF d'un oxyde ou d'un métal déjà présent dans un liquide de base. L'amélioration de la conductivité thermique, de la stabilité, de la HT corrigée, des impacts positifs de chaque suspension et de l'influence combinée des nanomatériaux ne sont que quelques-uns des avantages des HNF. Avec des efficacités opérationnelles supérieures à celles des NF, les HNF sont utilisés dans presque toutes les applications HT, y compris le soudage, la défense, les conduites de température, le biomédical, les bateaux et les avions spatiaux. D'autres applications incluent la congélation des générateurs, le liquide de refroidissement dans l'usinage, la capacité thermique, le refroidissement électronique, le réchauffage et le refroidissement dans les maisons, la gestion thermique des véhicules ou la congélation des moteurs, la congélation des modernisateurs, la congélation de la structure atomique, la réfrigération, l'économie de médicaments et la gestion thermique des véhicules ou la congélation des moteurs. Ces bonnes propriétés ont attiré l'attention des chercheurs sur le HNF dans le contexte des difficultés HT dans la vie quotidienne. Khan et al.8 ont présenté une étude proportionnelle de la HT et de la traînée de frottement dans le flux de nombreux HNF obtenus par le champ magnétique associé et le rayonnement non linéaire. Xiong et al.9 ont passé en revue l'application des HNF dans les capteurs d'énergie solaire. Alors que Yaseen et al.10 ont passé en revue le rôle des HNF dans l'HT. Sathyamurthy et al.11 ont documenté une enquête expérimentale sur le gel du panneau photovoltaïque utilisant des HNF. Bakhtiari et al.12 ont présenté des HNF stables et ont avancé une nouvelle association pour HT. Xuan et al.13 ont étudié la présentation thermo-économique et l'examen compassionnel des HNF ternaires. Said et al.14 ont rassemblé HT, génération d'entropie et examens économiques et écologiques d'indicateurs de Fresnel linéaires utilisant des HNF. Jamshed et al.15 ont introduit un effort de réglage informatique du modèle de flux de chaleur de Cattaneo-Christov (CCHFM) basé sur les HNF. Ma et al.16 ont examiné l'effet des tensioactifs sur les performances rhéologiques de la propriété HNF et HT. Chu et al.17 ont modélisé une étude de la magnétohydrodynamique utilisant le flux de HNF entre deux plateaux correspondants sans fin avec des possessions de forme atomique. Şirin18 a étudié la présentation des appareils à cermet dans la rotation des paramètres de blessure des HNF. Jamei et al.19 ont estimé l'épaisseur des HNF pour l'application du dynamisme actuel. Bilal et al.20 ont utilisé les HNF EMHD électro-osmotiques dégénérés sur le micro-passage.
Un modèle de milieu poreux (PMM), souvent reconnu comme un matériau poreux, est celui qui contient des pores (vides). La "matrice" ou "cadre" fait référence à la partie fine du tissu. Un fluide est généralement injecté dans les pores (fluide ou fumée). Bien que le tissu squelette soit généralement solide, les systèmes associés aux mousses peuvent avoir la perception d'un modèle de support poreux (PMM). Jamshed et al.21 ont utilisé le PMM dans des avions solaires joignant des HNF tangents comme application de chaleur solaire. Shahzad et al.22 ont formulé une étude mathématique comparative de HT en utilisant le PMM dans les HNF. Parvin et al.23 ont présenté la conduite numérique du flux de convection à double diffusion 2D-Magneto de HNF sur PMM. Faisal et al.24 ont indiqué l'augmentation de l'efficacité thermique de la pompe à eau solaire utilisant les HNF par rapport au PMM. Banerjee et Paul25 ont passé en revue les études et les développements les plus récents avec les applications de la combustion des PM. Zou et al.26 ont modélisé un système explicite de chaleur de la pierre dans le modèle PM pour les appareils à lit de galets. Lee et al.27 ont proposé une justification PMM avec des dimensions de goutte à goutte de contrainte. Talbi et al.28 ont analysé une solution pour le frémissement longitudinal d'un pieu fluctuant basée sur le PMM sur un modèle d'écoulement convectif.
Alizadeh et al.29 ont pris en considération un dispositif étudiant la technique de calcul des méthodes transférentielles et thermodynamiques dans les structures métaphysiques HT en flux HNFs en PMM. Rashed et al.30 ont recommandé un HNF non homogène pour le flux convectif tridimensionnel dans des enceintes remplies de PMM hétérogène. L'étude des apparences magnétiques et du comportement des liquides électriquement conducteurs est connue sous le nom de magnétohydrodynamique (MHD). Les plasmas, les métaux fondus, l'eau salée et les électrolytes sont des illustrations du MHD. Récemment, de nombreuses recherches sont apparues utilisant ce paramètre pratiquement dans les HNF. Alghamdi et al.31 ont utilisé le flux des HNF MHD englobant le médicament sur une artère sanguine. Zainal et al.32 ont analysé le flux des HNF MHD sur un volet qui s'étend/réduit avec une vitesse quadratique. Abbas et al.33 ont modélisé une enquête incorrecte sur le flux MHD motivé de HNF sur un cylindre non linéaire s'étendant. Waqas et al.34 impactés par le flux rayonné MHD de HNF sur un disque en rotation. Shoaib et al.35 ont fourni un examen numérique des HNF MHD tridimensionnels sur un disque tournant dans l'incidence de l'électricité thermique avec réchauffage Joule et possessions de dégénérescence visqueuse en utilisant la méthode Lobatto. Tian et al.36 ont étudié les formes 2D et 3D des ailettes et leurs propriétés sur les performances du dissipateur thermique du MHD HNF avec glissement et flotteur antidérapant. Gul et al.37 ont étudié quelques lames impactées à l'intérieur du flotteur MHD HNF avec le flux de chaleur Cattaneo-Christov et la réponse biochimique autocatalytique. Ashwinkumar et al.38 ont considéré le flux HT dans les HNF MHD sur deux géométries différentes. Abderrahmane et al.39 ont formulé des HNF MHD sur HT et la génération d'entropie dans un tube rotatif 3D. Salmi et al.40 ont étudié un cas numérique de transfert de chaleur et de masse non Fourier dans des HNF MHD incomplètement ionisés.
Le transfert de chaleur dans un flotteur viscoélastique résultant d'une feuille étirée de manière exponentielle est défini par le modèle de flux de chaleur de Cattaneo – Christov (CCHFM). Les principaux facteurs de cette étude peuvent être résumés comme suit : Lorsqu'elle est liée à un fluide visqueux, la couche limite hydrodynamique dans le fluide viscoélastique est plus mince. Venkata et al.41 ont considéré le CCHFM sur le MHD en pente sur un flux non linéaire surétendu. Haneef et al.42 ont utilisé CCHFM et HT dans le liquide rhéologique des HNF en présence d'un transfert de masse. Yahya et al.43 ont utilisé CCHFM sur le transport Williamson Sutterby NF, qui est produit par une extension superficielle avec une frontière convective. Eswaramoorthi et al.44 ont engagé CCHFM dans la charrue 3D d'une plaque avec une énergie thermique non linéaire. Tahir et al.45 ont amélioré les apparences actuelles du flux visqueux de NF avec l'induction de CCHFM. Ali et al.46 ont proposé CCHFM pour différents flux de convection grâce au disque tournant avec des éléments coulissants. Ullah et al.47 ont suggéré une attitude numérique pour lire l'apparition de l'énergie de fusion et d'initiation sur le HNF fugace influencé avec l'application de CCHFM. Zuhra et al.48 ont donné une analyse numérique des HNF CCHFM par les réseaux de neurones rétropropagés Lavenberg-Marquard. Sadiq et al.49 ont modélisé le HT grâce au CCHFM. Vinodkumar et al.50 ont rejoint les HNF CCHFM qui ont affecté le flux MHD via un glissement prolongé dans un PMM.
La condition de non-glissement est la condition aux limites reconnue pour un fluide sur une surface solide. La condition aux limites de glissement (SBC) proposée par Navier51 est celle dans laquelle la vitesse de glissement est comparée à la contrainte de clip. Alzahrani et al.52 ont étudié l'effet de la contamination thermique sur les parois planes HT sur le thème SBC. Pérez-Salas et al.53 ont présenté un résultat analytique approximatif pour l'écoulement de fluide d'un Phan-Thien-Tanner avec SBC. Wang et al.54 ont résolu le problème de SBC par le schéma de Boltzmann à réseau limite. Arif et al.55 ont analysé le SBC de la rhéologie non newtonienne du lubrifiant. Dhifaoui56 a illustré une solution faible pour les équations de Stokes statiques extérieures avec SBC. Zeb et al.57 ont proposé le SBC sur un ferrofluide non newtonien sur un glissement en extension. De nombreuses études58,59,60 ont sondé le problème de la vitesse de glissement dans le modèle d'écoulement. Il a eu un effet prédominant en clarifiant cet effet sur le mouvement du fluide et sa température.
Cela vise à combler un trou de familiarité dans le flux et le transfert de chaleur d'un Casson HNF rayonné avec une conductivité thermique variable à cause de la température augmente, principalement basé sur la littérature. Les versions Tiwari et Das NF peuvent être utilisées pour versionner mathématiquement le flux NF. Le cuivre (Cu) et l'alliage de titane (Ti6Al4V) sont les deux types de HNF utilisés dans cette étude. Les données de génération d'entropie pour les HNF utilisées dans cette étude ont été analysées pour identifier l'impact sur le processus. Les équations gouvernantes du HNF seront traduites en ODE à l'aide d'une conversion de similarité appropriée. Des ODE seront créés et la méthode des éléments finis (FEM) de Galerkin sera utilisée pour les résoudre numériquement à l'aide de valeurs de paramètres directeurs appropriées. Les nombres vont être représentés graphiquement, avec une discussion supplémentaire. Les impacts des formes de particules, du flux thermique rayonné, de la vitesse de glissement et des limites de glissement convectif sont étudiés au cours de cette recherche.
Considérez le flux symétrique stable 2D de nano-liquide hybride magnétisé sur une surface extensible examinant les caractéristiques du flux de chaleur Cattaneo – Christov à travers le flux de fluide en x-path. Le système de coordonnées xy est pris là où l'axe x est le long du chemin de l'écoulement, et l'axe y est normal à l'écoulement avec une rapidité d'étirement \({U}_{w}=qx\), comme illustré dans Fig. 1. Champ magnétique, a puissamment \({B}_{0}\) est appliqué. De plus, \({\mathrm{\yen }}_{w}\left(x,0\right)={\mathrm{\yen }}_{\infty }+{q}^{*} x,\ ) est la température de surface déconnectée, par souci de propriété, elle est indiquée comme cohérente à \(x=0\). Ici \(q,\) \({q}^{*},\) \({\mathrm{\yen }}_{w}\) et \({\mathrm{\yen }}_{\infty }\) traitent du taux de croissance unique, du rythme de la variété de température et de la température de la surface et englobent individuellement.
Description du modèle de flux.
Le prototype de courbure fondamental (géométrique) est dessiné à la Fig. 1 :
Les normes qui en découlent, ainsi que les exigences, doivent être pertinentes pour le cadre du flux : flux stable laminaire 2D, modèle de flux de phase, HNF, milieu perméable, MHD, dissipation visqueuse, flux de chaleur radiatif thermique, flux de chaleur Cattaneo-Christov, chauffage par joule , surface allongée de porosité.
Les équations gouvernantes et les conditions aux limites associées pour l'écoulement de nanofluide hybride sont données dans61 en tenant compte des hypothèses suggérées.
Jamshed et al.21 ont donné les contraintes aux limites associées :
\({\Lambda}_{1}(x,0)={U}_{w}+{N}_{\Lambda}{({\Lambda}_{1})}_{y}, { \Lambda}_{2}(x,0)={V}_{\Lambda}, -{k}_{\Lambda}\left({\mathrm{\yen}}_{\mathrm{y}} \right)={h}_{\Lambda}({\mathrm{\yen}}_{w}-\mathrm{\yen}\))
où, vitesse d'écoulement (\(\overleftarrow{\Lambda }=[{\Lambda }_{1}(x,y),{\Lambda }_{2}(x,y),0]\)), température (\(\mathrm{\yen }\)), intensité du champ magnétique (\(B\)), porosité (\(k\)), rayonnement thermique (\({q}_{r}\)), temps de relaxation \(\left(\Upsilon\right),\) longueur de glissement (\({N}_{\Lambda }\)), coefficient de transfert thermique \(\left({h}_{\Lambda }\right ),\) perméabilité de surface \({(V}_{\Gamma }),\) conductivité thermique de la surface (\({k}_{\Omega }\)).
Les équations du tableau 1 résument les variables NF et HNF du matériau62,63,64.
Où, volume fractionnaire de particules de taille nanométrique (\(\phi\)), fluide et densité \(({\rho }_{f }\& {\rho }_{s})\), capacité thermique du fluide et des particules \((({C}_{p}{)}_{f} \& \left({C}_{p}{)}_{s}\right),\) conductivité thermique des fluides et des particules \( \left({\kappa }_{f} \& {\kappa }_{s}\right),\) Volume fractionné de particules hybrides de taille nanométrique (\({\phi }_{hnf}={\phi } _{Co}+{\phi }_{TA}\)), viscosité du nanoliquide hybride \(({\mu }_{hnf})\), densité du nanoliquide hybride \(({\rho }_ {hnf})\), capacité thermique du nanoliquide hybride \((\rho ({C}_{p}{)}_{hnf})\), conductance thermique du nanoliquide hybride \(\left({\kappa }_{hnf}\right).\)
De plus, \({\rho }_{{p}_{1}}\), \({\rho }_{{p}_{2}}\), \(({C}_{p} {)}_{{p}_{1}}\), \(({C}_{p}{)}_{{p}_{2}}\), \({\kappa }_{ {p}_{1}}\) et \({\kappa }_{{p}_{2}}\) sont la densité, la capacité thermique spécifique et la conductance thermique des nanomolécules.
Dans le tableau 2 (65, 66, 67) d'analyse, les caractéristiques substantielles du fluide primaire de l'eau sont décrites.
L'équation du flux radiatif donnée par Rosseland68 est appliquée dans la formule (5).
où \({\sigma }^{*}\) signifie la constante de Stefan-Boltzmann et \({k}^{*}\) symbolise le taux.
Les expressions (2) à (4) sont BVP, comme le montre le changement de similarité, qui convertit les PDE administrées en ODE. La fonction de flux de la formule est la suivante :
Les quantités de similarité spécifiées sont
dans les éqs. (2)–(4). On a
avec
L'équation (2) est confirmée avec précision. Auparavant, le signe \({^{\prime}}\) existait pour démontrer les dérivées concernant \(\gamma\), voir (Tableau 3).
Où \({R}_{1}{, R}_{2}, {R}_{3}\), \({R}_{4}\) et \({R}_{5} \) sont donnés dans le tableau 4
Le frottement cutané non dimensionnel \(({C}_{f})\), le nombre de Nusselt \((N{u}_{x})\) et la génération d'entropie \(\left({N}_{g }\right)\) les expressions sont postulées comme
où \({C}_{f}\) représente le coefficient de force de traînée. \(R{e}_{x}=\frac{{u}_{w}x}{{\nu }_{f}}\) est local \(Re\) selon la vitesse allongée \({ u}_{w}(x)\). De plus, R_Γ désigne la valeur de Reynolds, B_Γ la valeur de Brinkman et le différentiel de température non dimensionnel.
Les contraintes aux limites correspondantes du système actuel ont été simulées par calcul à l'aide de FEM. FEM est basé sur le partitionnement de la région souhaitée en composants (finis). FEM69 est couvert dans cette section. L'organigramme de la méthode des éléments finis est illustré à la Fig. 2. De nombreux problèmes de dynamique des fluides computationnelle (CFD) ont été résolus à l'aide de cette technique; les avantages de le faire sont décrits plus en détail ci-dessous.
Organigramme de G-FEM.
La forme faible est dérivée de la forme forte (ODE déclarées) et les résidus sont calculés.
Pour obtenir une forme faible, les fonctions de forme sont prises linéairement et FEM est utilisé.
La méthode d'assemblage est utilisée pour construire des composants de rigidité et une matrice de rigidité globale est créée.
En utilisant la technique de linéarisation de Picard, un cadre algébrique (équations non linéaires) est produit.
Les équations algébriques sont simulées en utilisant le critère d'arrêt approprié jusqu'à 10(-5) (tolérances de supercalcul).
De plus, l'organigramme de la technique des éléments finis Galerkin est illustré à la Fig. 2.
Les coefficients de transfert de chaleur des méthodes existantes ont été comparés aux résultats qui avaient été soutenus par des recherches antérieures pour évaluer la validité de la méthode de calcul70. Le tableau 5 présente une comparaison des résultats de l'étude actuelle avec ceux d'enquêtes antérieures. Les résultats des enquêtes récentes sont comparables et remarquablement précis.
Cette section se penche sur l'influence de quelques paramètres physiques clés, tels que le paramètre de glissement de vitesse \(({\chi }_{\Lambda })\), le paramètre de rayonnement thermique \(\left({N}_{\alpha }\right)\), nombre de Biot \(\left( {B}_{\Lambda }\right)\), paramètre de fraction de volume \(\left(\phi , {\phi }_{hnf}\right) ,\) paramètre de milieu poreux \(\left({P}_{b}\right),\) nombre d'Eckert \(\left({E}_{\alpha }\right)\) et nombre de Brinkmann \( \left({B}_{\Gamma }\right)\) à la température \(\left(\theta \left(\lambda \right)\right),\) vitesse (f′(λ)) et génération d'entropie \(\left({N}_{G}\left(\lambda \right)\right)\) champs. Les particules nanofluides Cu et Ti6Al4V sont composées d'eau. Les lignes pleines et pointillées sont respectivement tracées pour Co-H2O et Ti6Al4V-Co/H2O.
Les figures 3a à c illustrent comment le paramètre de perméabilité (\({P}_{b}\)) affecte le débit, la température et la distribution d'entropie des nanofluides hybrides. Comme le montre la figure 3a, le paramètre de perméabilité (\({P}_{b}\)) affecte la distribution du flux. Une surface en forme de plaque est créée lorsqu'un canal d'écoulement non liquide hybride pénètre dans un matériau poreux et entraîne une vitesse le long de celui-ci. Lorsque la porosité augmente suffisamment, il y a extrêmement peu de collisions de nanoparticules et moins de chaleur dégagée. La viscosité réduit le débit en modulant la flottabilité. La réponse inverse est indiquée dans le graphique. Comme le montre la figure 3b, l'augmentation de la densité entraîne une augmentation de la température d'écoulement. La figure 3c affiche la génération d'entropie NG vs (\({P}_{b}\)). Dans ce cas, la valeur de surface de (NG) augmente mais la valeur de (P b) diminue à mesure que la distance à la surface augmente. Un différentiel de température important à la surface provoque une augmentation de l'entropie. Par conséquent, une valeur élevée de la perméabilité du milieu poreux peut présenter une technique de modification des paramètres d'écoulement du spin coating dans les applications industrielles. On pense également qu'une perméabilité améliorée et des espaces de pores plus grands favorisent une meilleure précipitation des nanoparticules, ce qui réduit le frottement à la surface de la feuille. Les figures 4a à c montrent comment la vitesse d'écoulement, le champ de température et l'entropie affectent la sensibilité de la taille nanomoléculaire. Les cinq coefficients de nanofluide qui ont un impact sur la fraction volumique sont donnés dans le tableau 4 à la suite de la création du modèle Tiwari-Das. La vitesse du fluide diminue à mesure que le rapport volumique des nanoparticules augmente (Fig. 4a). Ces écoulements sont entravés par l'augmentation de la viscosité magnétique qui se produit avec une diminution de la vitesse. Plus la fraction volumique des nanoparticules est importante, plus la température augmente rapidement. En raison de l'amélioration de la transmission de chaleur entre les nanoparticules de suspension fluide-solide hybrides et conventionnelles, la force de liaison du fluide à l'intérieur du système de suspension fluide-solide est réduite. Selon la distribution du flux, le matériau nanofluide a un coefficient de conductivité élevé et un transfert de chaleur par convection. Par conséquent, le transfert de chaleur par nanofluide est le moteur des avancées industrielles et technologiques les plus importantes de notre époque. Par conséquent, l'amélioration thermique de la figure 4b est prise en charge. Des nanoparticules sont ajoutées pour stimuler l'expansion des limites thermiques par des impacts balistiques, ce qui améliore la conduction thermique et la viscosité du liquide. Par rapport aux nanoparticules de Ti6Al4V-Co/H2O, les nanoparticules de Co-H2O contrôlent le transport de chaleur dans le fluide de base examiné. La figure 4c montre la conséquence de la variation du terme nanomatériau sur la génération d'entropie. Il y avait une nette différence dans le comportement des courbes lors de l'augmentation du pourcentage de volume et de l'approche de la paroi de contrainte. Le paramètre de fraction volumique totale a augmenté en raison d'un transfert de chaleur plus rapide et d'une génération d'entropie améliorée dans la zone nanofluidique hybride. Le paramètre de glissement de vitesse (\({\chi}_{\Lambda}\)) affecte la vitesse, la température et la formation d'entropie de la Fig. 5a–c. Nous examinons et évaluons la sensibilité des paramètres de déformation dérivant des conditions aux limites en utilisant des distributions de moment hybrides typiques dans les nanofluides. Le liquide ralentit car sa viscosité augmente quadratiquement avec la divergence de vitesse (Fig. 5a). En conséquence, les nanofluides conventionnels et hybrides ont des profils inférieurs dans la couche limite thermique (Fig. 5b).
(a) \({f}{^{\prime}}(\lambda )\) (b) \(\theta (\lambda )\) et (c) \({N}_{G}\) avec valeurs \({P}_{b}\) diverses.
(a) \({f}^{{\prime}}(\lambda )\) (b) \(\theta (\lambda )\) et (c) \({N}_{G}\) avec diverses valeurs \(\phi\) ainsi que \({\phi }_{hnf}\).
(a) \({f}^{{\prime}}(\lambda )\) (b) \(\theta (\lambda )\) et (c) \({N}_{G}\) avec valeurs \({\chi }_{\Lambda }\) diverses.
Même si le paramètre de vitesse de paroi a des valeurs de vitesse de glissement importantes, il limite les collisions avec la diffusion moléculaire. Lorsque plus de nanoparticules sont ajoutées à divers milieux, les effets simultanés de la convection thermique, de la diffusion et de la viscosité cinématique sont impliqués. Sur la figure 5c, NG est représenté comme un écart par rapport à la variété d'entropie produite. (\({\chi }_{\Lambda }\)) les modifications sur toute la plaque sont imperméables (diminution puissante) car elles sont éloignées de la plaque, conformément au graphique de quantité innovant de NG et (\({ \chi }_{\Lambda }\)). En raison de la condition de glissement à l'intérieur de la mise en œuvre de la vitesse, l'entropie suggère une réduction inventive de la création d'entropie. Le paramètre radiatif dimensionnellement inactif (\({N}_{\alpha }\)) est représenté dans une variété de valeurs dans l'arc de température de la Fig. 6a. Pour augmenter le profil de température de l'écoulement, le paramètre de rayonnement (\({N}_{\alpha }\)) doit être intensifié. La température du nanofluide augmente lorsque (\({N}_{\alpha }\)) augmente. Bien que le paramètre de rayonnement thermique soit plus important, le flux radiant fournit toujours de l'énergie thermique au processus. La couche limite est maintenue par cette température. Le nanofluide hybride Ti6Al4V-Co / H2O et le nanofluide Co-H2O sont représentés sur la figure 6b avec l'influence de la génération d'entropie. La figure 6b décrit également la dynamique des fluides du paramètre de rayonnement (\({N}_{\alpha}\)) pour les deux nanofluides. Comme on peut le voir, différentes valences des paramètres de rayonnement (\({N}_{\alpha }\)) entraînent la production d'entropie. Par conséquent, le paramètre de rayonnement influence grandement la distribution d'entropie des dispositifs poreux étirés. La figure 7a montre le comportement thermique pour différents nombres de Biot (\({B}_{\Lambda }\)). La réponse linéaire pour les nanoparticules Co-H2O et Ti6Al4V-Co/H2O devrait augmenter (\({B}_{\Lambda }\)). Dans l'état mince thermique, qui dénote que la température corporelle est typiquement uniforme, un faible nombre de Biot (\({B}_{\Lambda }\)) est significatif (sur la surface du nanopolymère). Des valeurs plus élevées (\({B}_{\Lambda }\)) dénotent des patchs thermiques denses avec des domaines de température irréguliers. La figure 7a illustre le comportement de NG lorsque la valeur du nombre de Biot (\({B}_{\Lambda }\)) augmente. Une augmentation constante de la variance de surface est moins sensible qu'une baisse progressive de la surface, comme le montre la figure 7b. H. Une escalade petite mais perceptible le long du mur de la zone d'étirement. (\({B}_{\Lambda }\)) Une évolution plus éloignée de la plaque entraîne une diminution de la génération d'entropie. D'après le graphique, nous pouvons voir que NG est très sensible aux changements de surface et aux petits changements. Pour les deux types de nanofluides, les profils de génération d'entropie en fonction du nombre de Reynolds (\({R}_{\Gamma}\)) sont affichés sur la Fig. 8a. Il a été constaté que mieux (\({R}_{\Gamma }\)) a un impact sur l'entropie. Lorsque l'effet de frottement est inversé, augmentant (\({R}_{\Gamma }\)), l'esquisse d'entropie est plus pertinente. La différence entre les valeurs NG et \({B}_{\Gamma }\) sur la figure 8b démontre que la production d'entropie augmente à mesure que le nombre de Brinkmann (\({B}_{\Gamma }\)) augmente. Le nombre de Brinkmann (\({B}_{\Gamma }\)) a été créé pour rechercher les impacts négatifs des liquides en conséquence. Le frottement est le principal contributeur à la création d'entropie, selon le nombre de Brinkmann (\({B}_{\Gamma }\)). Ce résultat montre que le nombre de Reynolds et le nombre de Brinkmann des nanoparticules de Ti6Al4V-Co/H2O sont sensiblement plus élevés que ceux des nanoparticules de Co-H2O.
(a) \(\theta (\lambda )\) et (b) \({N}_{G}\) avec diverses valeurs \({N}_{\alpha }\) .
(a) \(\theta (\lambda )\) et (b) \({N}_{G}\) avec diverses valeurs de \({B}_{\Lambda }\).
(a) Variations d'entropie concernant \({R}_{\Gamma }\) (b) Variations d'entropie concernant \({B}_{\Gamma }\).
Le tableau 6 est prévu pour montrer le contrôle de divers facteurs sans dimension apparaissant lors de la recréation numérique de la problématique.
La création d'entropie, la propagation de l'irréversibilité, l'écoulement de fluide et le transfert de chaleur dans un nanofluide hybride newtonien électriquement conducteur à travers une feuille d'étirement exposée au glissement et aux conditions aux limites convectives ont tous été décrits quantitativement dans la recherche actuelle. La fraction volumique solide a été explorée à l'aide d'une version modifiée du modèle nanofluide de Tiwari et Das des nanoparticules Co-H2O et Ti6Al4V-Co/H2O. Une analyse graphique et une discussion approfondie du comportement physique de la couche limite non dimensionnelle distribue montrent comment les facteurs uniques les affectent. Ainsi, à partir de la présente analyse, les remarques finales ci-dessous sont obtenues :
Le long du courant lointain, le champ de vitesse est réduit pour la porosité montante \(({P}_{b})\), la fraction volumique \((\phi , {\phi }_{hnf}),\) et la vitesse glisser \(({\chi }_{\Lambda })\).
La distribution de température est affectée par la plupart des grandeurs physiques, ce qui dénote que les nanofluides ont un taux d'échange de chaleur élevé. Cette propriété aide à contrôler la température pendant les processus de revêtement par centrifugation.
Le profil d'entropie par rapport au terme de porosité \(({P}_{b})\), à la fraction volumique \((\phi , {\phi }_{hnf})\) et au paramètre de rayonnement \(({N}_ {\alpha })\), le numéro de Biot \(({B}_{\Lambda })\) explore le double comportement.
Un changement remarquable du facteur de force de friction pour le nanofluide Co-H2O et les nanofluides hybrides Ti6Al4V-Co/H2O peut être observé, par rapport au coefficient du nombre de Nusselt pour la porosité et la fraction volumique.
Le FEM pourrait être appliqué à une variété de défis physiques et techniques à l'avenir71,72,73,74,75,76.
Toutes les données générées ou analysées au cours de cette étude sont incluses dans cet article publié.
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PYP-Mathematics, College of General Studies, King Fahd University of Petroleum and Minerals, Dhahran, Arabie saoudite
Muhammad Amer Qureshi
Centre de recherche interdisciplinaire sur le stockage de l'hydrogène et de l'énergie, Université King Fahd du pétrole et des minéraux, Dhahran, Arabie saoudite
Muhammad Amer Qureshi
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Qureshi, MA Analyse d'irréversibilité d'un nanofluide hybride électromagnétique pour le modèle de flux de chaleur Cattaneo – Christov en utilisant une approche par éléments finis. Sci Rep 13, 4288 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-31445-7
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Reçu : 08 novembre 2022
Accepté : 11 mars 2023
Publié: 15 mars 2023
DOI : https://doi.org/10.1038/s41598-023-31445-7
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