Gotejamento convectivo livre sobre um meio poroso de nanofluido fracionado com MHD e fonte/sumidouro de calor

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 20778 (2022) Cite este artigo

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Os nanofluidos são considerados fluidos inteligentes que podem melhorar a transferência de calor e massa e têm inúmeras aplicações na indústria e nas áreas de engenharia, como eletrônica, manufatura e biomedicina. Por esta razão, nanofluidos à base de sangue com nanotubos de carbono (CNTs) como nanopartículas na presença de um campo magnético são discutidos. O nanofluido atravessa o meio poroso. Os nanofluidos se movem em uma placa vertical que pode ser movida. O modo de transferência de calor por convecção livre é considerado quando a fonte de calor e os fluxos de calor são constantes. Os fluxos convectivos são frequentemente usados ​​em processos de engenharia, especialmente na remoção de calor, como extração geotérmica e de petróleo, construção de edifícios e assim por diante. A transferência de calor é usada no processamento químico, geração de energia, fabricação de automóveis, ar condicionado, refrigeração e tecnologia de computadores, entre outros. Fluidos de transferência de calor, como água, metanol, ar e glicerina, são usados ​​como meios de troca de calor porque esses fluidos têm baixa condutividade térmica em comparação com outros metais. Estudamos os efeitos do MHD no calor e na velocidade dos nanofluidos, mantendo a eficiência em mente. A transformada de Laplace é usada para resolver o modelo matemático. Os perfis de velocidade e temperatura do fluxo MHD com convecção livre de nanofluidos foram descritos usando o número de Nusselt e o coeficiente de atrito da pele. Uma solução precisa é obtida para ambos os perfis de velocidade e temperatura. O gráfico mostra os efeitos dos diferentes parâmetros nos perfis de velocidade e temperatura. O perfil de temperatura melhorou com o aumento das estimativas do parâmetro de fração e do parâmetro de fricção de volume. A velocidade do nanofluido também é uma função de descalonamento com os valores crescentes do parâmetro magnético e do parâmetro de porosidade. A espessura da camada limite térmica diminui com o aumento dos valores do parâmetro fracionário.

Atualmente, a maioria dos pesquisadores e cientistas presta muita atenção aos métodos e técnicas que são úteis para melhorar a transferência de calor em vários processos de troca de calor. Para atender a esses requisitos, os pesquisadores desenvolveram um novo tipo de fluido chamado nanofluido. Um nanofluido é um fluido que contém nanopartículas, que são partículas de tamanho nanométrico. Os metais, seus óxidos, carbonetos e nanotubos de carbono são as nanopartículas mais utilizadas em nanofluidos. Os nanofluidos são úteis e têm uma ampla gama de aplicações, incluindo microeletrônica, células de combustível, processos farmacêuticos, máquinas de corrida cruzada, controles de temperatura, sistemas de aquecimento, gases de exaustão de chaminés, dissipação de calor e assim por diante. Devido à importância dos nanofluidos, inúmeras observações experimentais e teóricas estão sendo realizadas por muitos pesquisadores. Em um estudo detalhado, Kakac et al.1 investigaram como os nanofluidos aumentam a condutividade térmica de um fluido base. Devido à alta previsibilidade dos nanofluidos, os problemas idênticos ao decaimento, aglomeração de novas cargas e sedimentação não ocorrem2. Nos últimos anos, os pesquisadores se concentraram nas perspectivas térmicas do nanofluido porque é prático e tem mais aplicações em transferência de calor e resfriamento. A convecção natural é o modo geral de movimento do calor. O fenômeno da convecção natural permite que o calor flua com ajudas externas, como dispositivos de sucção, ventiladores e bombas, etc., e esses fluxos são criados pela alteração da densidade dos fluidos. Observou-se que à medida que a temperatura muda, a densidade diminui, mas o volume aumenta, de modo que a camada aquecida perde sua espessura e sobe. Na natureza, geralmente ocorrem correntes de convecção livre, causadas por diferenças de concentração e densidade. Os trabalhos e revisões mais importantes de pesquisadores podem ser como Ghosh e Beg3 estudaram os efeitos do não-equilíbrio térmico local (LTNE) na convecção livre em um anel permeável não Darciano uniformemente curvo atravessado por nanofluido. Fetecau et al.4 usaram uma placa vertical isotérmica para estudar um nanofluido fracionário combinando os efeitos da radiação térmica e da convecção natural, e encontraram a solução da temperatura e velocidade adimensional usando a transformada de Laplace e a derivada de tempo de Caputo-Fabrizio. Toki e Tokis5 estudaram o fluxo de convecção livre considerando o aquecimento dependente do tempo sobre um meio poroso e usaram a transformada de Laplace para encontrar uma solução exata. Hussanan et al.6 estudaram a transferência de massa e calor usando uma placa vertical e um aquecedor newtoniano e apresentaram uma análise precisa de temperatura e velocidade que satisfez as condições de contorno. Turkyilmazoglu e Pop7 estudaram um nanofluido sobre uma superfície vertical plana (infinita) em fluxo de convecção natural com efeito de radiação. Pramanik8 encontrou um resultado para um fluido de Casson fluindo através de uma superfície de alongamento exponencialmente porosa sob a influência da radiação térmica. Turkilmazgolu9 estudou o efeito da transferência de calor e fluxo instável de um nanofluido através de uma placa vertical em movimento. Ge-JiLe et al.10 estudaram o fluxo MHD irradiado de nanopartículas contendo ferro com movimento browniano e termoforese através de um cone. Kavya et al.11 revelaram um nanofluido híbrido com MHD e extração/injeção de calor através de um cilindro de encolhimento/alongamento com uma suspensão de MoS4 e nanopartículas de cobre. O estudo de um nanofluido híbrido composto por um fluido newtoniano e um não newtoniano escoando sobre uma folha de alongamento foi relatado por12,13,14,15,16,17.