Esplorazione degli effetti della forza di Coriolis e della radiazione termica sull'acqua

Scientific Reports volume 12, numero articolo: 21733 (2022) Citare questo articolo

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Le proprietà termofisiche migliorate dei nanofluidi ibridi li rendono applicabili in una vasta gamma di applicazioni meccaniche e ingegneristiche che richiedono un maggiore trasferimento di calore. Il presente studio si concentra su un flusso nanofluido ibrido tridimensionale di ossido di rame-alluminio \(\left( Cu\text{- }Al_{2}O_{3}\right)\)-acqua all'interno dello strato limite con trasferimento di calore su una piastra rotante con allungamento esponenziale, sottoposta ad un campo magnetico inclinato. Il foglio ruota con velocità angolare \(\Omega\) e l'angolo di inclinazione del campo magnetico è \(\gamma\). L'utilizzo di una serie di trasformazioni di similarità appropriate riduce le PDE governanti a ODE. Le ODE risultanti vengono risolte con il codice alle differenze finite con Tecnica di Tiro. La velocità primaria aumenta con una rotazione ampia, ma la velocità secondaria diminuisce all'aumentare della rotazione. Inoltre, si scopre che il campo magnetico si oppone al flusso e provoca quindi una riduzione sia della velocità primaria che di quella secondaria. L’aumento della frazione volumetrica riduce il coefficiente di attrito della pelle e aumenta la velocità di trasferimento del calore.

Il campo delle nanotecnologie ha catturato l’interesse dei ricercatori negli ultimi decenni. I nanoliquidi sono composti da alcuni liquidi vettore come l'acqua, con alcune nanoparticelle solide (particelle con diametro inferiore a 100 nm). Le applicazioni dei nanoliquidi riguardano le centrali elettriche, il raffreddamento dei reattori nucleari, gli aerei e i microreattori. Innanzitutto, Choi e Eastman1 hanno esaminato le caratteristiche termofisiche delle nanoparticelle. Numerosi studiosi hanno scritto rapporti significativi sul comportamento termico delle nanoparticelle e dei nanoliquidi. Ali et al.2 hanno condotto un'analisi approfondita degli effetti del riscaldamento ohmico sul flusso di nanofluidi. Waqas et al.3 hanno esaminato il flusso di nanoliquidi Maxwell avviato da un cilindro considerando la bioconvezione. Khan et al.4 hanno studiato il flusso di nanoliquidi con effetto magnetico ed energia di attivazione. Zhou et al.5 hanno esaminato attentamente il flusso di nanofluidi di Williamson tenendo conto degli effetti di bioconvezione e di doppia diffusione. Vedi6,7,8,9,10 per studi più recenti sui nanofluidi. Recentemente, il nanofluido ibrido ha attirato maggiore attenzione da parte dei ricercatori. Ciò è dovuto alla sua maggiore conduttività termica rispetto ai nanofluidi; e quindi il nanofluido ibrido costituisce una scelta migliore per il trasferimento di calore in dispositivi o sistemi termici11,12,13,14,15,16,17,18,19,20. Un nanofluido ibrido è una sospensione ingegnerizzata di due nanoparticelle solide separate amalgamate in un liquido base. La sua conduttività termica è superiore a quella di un semplice nanofluido. Anuar et al.21 hanno esplorato il flusso magnetoidrodinamico di nanoliquidi ibridi a base di rame-allumina e hanno scoperto che la separazione dello strato limite è ritardata da un campo magnetico crescente. Lo studio mostra anche le loro due soluzioni; soluzione stabile e soluzione instabile. Mabood et al.22 hanno tipizzato l'effetto della radiazione termica sul flusso MHD di un nanofluido ibrido e i risultati mostrano che la velocità del flusso diminuisce all'aumentare della concentrazione di massa. Gowda et al.23 hanno esaminato un flusso fluido contenente doppie nanoparticelle su un disco rotante tenendo conto della deposizione di particelle. La velocità verso l'alto del movimento del disco ha portato ad un aumento sia della velocità tangenziale che radiale. Anche il trasferimento di massa diminuisce all’aumentare della termoforesi.

Molti sistemi contemporanei di scambio di calore che richiedono temperature molto elevate si affidano alla radiazione termica nelle operazioni di flusso e trasferimento di calore. La radiazione termica è una sorta di fenomeno di trasferimento di calore che distribuisce l'energia termica attraverso particelle liquide. La stimolazione dell’impatto delle radiazioni sul flusso magnetoidrodinamico ha un enorme fascino in una miriade di operazioni industriali e tecniche che coinvolgono alte temperature, come la produzione di pompe petrolifere, la produzione di chip elettrici, piatti di carta e il raffreddamento di componenti metallici. Khan et al.24 hanno studiato gli effetti della termoforesi sul flusso di liquidi di secondo grado con effetto di radiazione su una superficie in espansione. Le equazioni sono state rese adimensionali e l'equazione differenziale ordinaria non lineare risultante è stata risolta utilizzando il metodo di analisi dell'omotopia. Aumentando lo spessore del film e l'intensità del campo magnetico, si è scoperto che i profili di velocità vengono ridotti in modo significativo. I profili di temperatura aumentano con l'aumento del parametro di conducibilità termica. In uno studio di Animasaun et al.25 si è scoperto che il numero di Nusselt \(-\theta '\left( 0\right)\) aumenta con il numero di Prandtl ad una velocità ottimale di 1,53 quando la trasmissione di energia termica attraverso elettro -le onde magnetiche sono minime.