Gocciolamento convettivo libero su un mezzo poroso di nanofluido frazionario con MHD e fonte/dissipatore di calore

Scientific Reports volume 12, numero articolo: 20778 (2022) Citare questo articolo

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I nanofluidi sono considerati fluidi intelligenti in grado di migliorare il trasferimento di calore e massa e hanno numerose applicazioni in settori industriali e ingegneristici come l’elettronica, la produzione e la biomedicina. Per questo motivo vengono discussi i nanofluidi a base di sangue con nanotubi di carbonio (CNT) come nanoparticelle in presenza di un campo magnetico. Il nanofluido attraversa il mezzo poroso. I nanofluidi si muovono su una piastra verticale che può essere spostata. La modalità di trasferimento di calore per convezione libera viene considerata quando la fonte di calore e i flussi di calore sono costanti. I flussi convettivi sono spesso utilizzati nei processi ingegneristici, in particolare nella rimozione del calore, come l'estrazione geotermica e petrolifera, l'edilizia e così via. Il trasferimento di calore viene utilizzato, tra gli altri, nei processi chimici, nella produzione di energia, nella produzione automobilistica, nel condizionamento dell'aria, nella refrigerazione e nella tecnologia informatica. I fluidi termovettori come acqua, metanolo, aria e glicerina vengono utilizzati come mezzi di scambio termico perché questi fluidi hanno una bassa conduttività termica rispetto ad altri metalli. Abbiamo studiato gli effetti dell'MHD sul calore e sulla velocità dei nanofluidi tenendo presente l'efficienza. La trasformata di Laplace viene utilizzata per risolvere il modello matematico. I profili di velocità e temperatura del flusso MHD con convezione libera di nanofluidi sono stati descritti utilizzando il numero di Nusselt e il coefficiente di attrito della pelle. Si ottiene una soluzione accurata sia per il profilo di velocità che per quello di temperatura. Il grafico mostra gli effetti dei diversi parametri sui profili di velocità e temperatura. Il profilo della temperatura è migliorato con l'aumento delle stime del parametro della frazione e del parametro dell'attrito del volume. Anche la velocità del nanofluido è una funzione decrescente con i valori crescenti del parametro magnetico e del parametro di porosità. Lo spessore dello strato limite termico diminuisce con l'aumentare dei valori del parametro frazionario.

Al giorno d'oggi, la maggior parte dei ricercatori e degli scienziati presta grande attenzione a quei metodi e tecniche utili per migliorare il trasferimento di calore in vari processi di scambiatori di calore. Per soddisfare questi requisiti, i ricercatori hanno sviluppato un nuovo tipo di fluido chiamato nanofluido. Un nanofluido è un fluido che contiene nanoparticelle, che sono particelle di dimensioni nanometriche. I metalli, i loro ossidi, i carburi e i nanotubi di carbonio sono le nanoparticelle più comunemente utilizzate nei nanofluidi. I nanofluidi sono utili e hanno una vasta gamma di applicazioni, tra cui la microelettronica, le celle a combustibile, i processi farmaceutici, le macchine da corsa incrociata, i controlli della temperatura, i sistemi di riscaldamento, i gas di scarico delle ciminiere, la dissipazione del calore e così via. Data l'importanza dei nanofluidi, molti ricercatori stanno effettuando numerose osservazioni sperimentali e teoriche. In uno studio dettagliato, Kakac et al.1 hanno studiato come i nanofluidi aumentano la conduttività termica di un fluido base. Grazie all'elevata prevedibilità dei nanofluidi, non si verificano problemi identici al decadimento, all'aggregazione di nuove cariche e alla sedimentazione2. Negli ultimi anni, i ricercatori si sono concentrati sulle prospettive termiche del nanofluido perché è pratico e ha più applicazioni nel trasferimento di calore e nel raffreddamento. La convezione naturale è la modalità generale di movimento del calore. Il fenomeno della convezione naturale consente al calore di fluire con ausili esterni come dispositivi di aspirazione, ventilatori, pompe, ecc., e questi flussi vengono creati modificando la densità dei fluidi. Si è osservato che al variare della temperatura la densità diminuisce, ma il volume aumenta, per cui lo strato riscaldato perde il suo spessore e si solleva. In natura si verificano solitamente correnti di libera convezione, causate da differenze di concentrazione e densità. I lavori e le revisioni più importanti dei ricercatori possono essere come Ghosh e Beg3 che hanno studiato gli effetti del non equilibrio termico locale (LTNE) sulla convezione libera in un anello permeabile non darciano attraversato da nanofluido. Fetecau et al.4 hanno utilizzato una piastra verticale isotermica per studiare un nanofluido frazionario che combinava gli effetti della radiazione termica e della convezione naturale e hanno trovato la soluzione della temperatura e della velocità adimensionale utilizzando la trasformata di Laplace e la derivata temporale di Caputo-Fabrizio. Toki e Tokis5 hanno studiato il flusso di convezione libera considerando il riscaldamento dipendente dal tempo su un mezzo poroso e hanno utilizzato la trasformata di Laplace per trovare una soluzione esatta. Hussanan et al.6 hanno studiato il trasferimento di massa e di calore utilizzando una piastra verticale e un riscaldatore newtoniano e hanno presentato un'accurata analisi di temperatura e velocità che soddisfaceva le condizioni al contorno. Turkyilmazoglu e Pop7 hanno studiato un nanofluido su una superficie piana verticale (infinita) in flusso di convezione naturale con effetto radiazione. Pramanik8 ha trovato un risultato per un fluido Casson che scorre attraverso una superficie allungabile esponenzialmente porosa sotto l'influenza della radiazione termica. Turkilmazgolu9 ha studiato l'effetto del trasferimento di calore e del flusso instabile di un nanofluido attraverso una piastra verticale in movimento. Ge-JiLe et al.10 hanno studiato il flusso MHD irradiato di nanoparticelle contenenti ferro con movimento browniano e termoforesi attraverso un cono. Kavya et al.11 hanno rivelato un nanofluido ibrido con MHD ed estrazione/iniezione di calore attraverso un cilindro di restringimento/allungamento con una sospensione di MoS4 e nanoparticelle di rame. Lo studio di un nanofluido ibrido composto da un fluido newtoniano e uno non newtoniano che scorre su un foglio di allungamento è stato riportato da12,13,14,15,16,17.