Точные решения с помощью дробного подхода Прабхакара для исследования характеристик теплопередачи и течения гибридной наножидкости с учетом эффектов формы и скольжения.

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 7810 (2023) Цитировать эту статью

436 Доступов

Подробности о метриках

Основная задача данного исследования — разработать обобщенную модель с помощью недавно предложенного дробного метода, чтобы предвидеть повышение термического КПД моторного масла из-за дисперсии наночастиц графена и магнезии. Помимо исследования синергетических свойств вышеупомянутых частиц, в этой работе оценивается влияние формы колонн, кирпичей, тетраэдров, лезвий и пластинчатых форм. В первичной модели уравнение потока связано с функциями концентрации и энергии. Эта классическая система преобразуется в дробную среду путем обобщения математических выражений тепловых и диффузионных потоков с помощью дробного оператора Прабхакара. В этом исследовании впервые одновременно применяются условия линейного потока и температурного скольжения для изучения поведения гибридной наножидкости. Математический анализ этой задачи включает включение в модель параметров, не зависящих от размерности, и выполнение преобразования Лапласа для последующих уравнений. При этом точные решения получаются в виде функций Миттаг-Леффлера. Множество иллюстраций разработаны на основе точных решений, охватывающих все аспекты изменений температуры и динамики потока. Для подготовки этих иллюстраций детали параметрических диапазонов следующие: \(0.00 \le \varUpsilon \le 0.04\), \(2.0 \le Gr_1 \le 8.0\), \(0.5 \le Sc \le 2.0 \), \(0.1 \le \uptau \le 4.0\), \(0.1 \le d \le 0.6\), \(0.2 \le \lambda _1 \le 1.5\) и \(1.0 \le Gr_2 \ ле 7.0\). Также ожидается вклад наночастиц различной формы, объемных пропорций и фракционных параметров в повышение теплопередающих свойств моторного масла. В связи с этим результаты для числа Нуссельта представлены в табличной форме. Дополнительно проведен краткий анализ напряжения сдвига для дробных параметров и различных сочетаний магнезии, графена и моторного масла. Это исследование предполагает, что гибридизация моторного масла с магнезией и графеном приведет к увеличению его тепловых характеристик на 33%, что, очевидно, повысит его промышленное значение. Увеличение числа Шмидта приводит к улучшению скорости массопереноса. Увеличение коллективной объемной доли приводит к повышению профиля теплового поля. Однако скорость указывает на уменьшающееся поведение. Число Нуссельта достигает максимального значения (\(Nu=8,1363\)) для пластинчатой ​​формы рассматриваемых частиц. Когда интенсивность силы плавучести увеличивается, это приводит к увеличению скорости.

Конкретная технологическая задача точного управления молекулами и атомами путем использования различных инструментов и методов для изготовления различных объектов макромасштаба признана нанотехнологией. В современную эпоху прогресса, когда материалы и машины с каждым днем ​​становятся все меньше и накапливают все больше характеристик и функций, нанотехнологии стремительно расширяются. Он предлагает обширное научное развитие и облегчает разработку и функционирование множества передовых гаджетов и инструментов во многих отраслях. Например, фармацевтическая промышленность, нефтеперерабатывающие заводы, наноэлектроника, автомобилестроение, энергетика и многие другие. Наиболее интригующие аспекты нанотехнологий для ученых включают экономические преимущества, эффективность времени и ресурсов, а также улучшение характеристик объектов. Исследователи из различных дисциплин, например, из области инженерии биоматериалов, наномедицины, органической химии, науки о поверхности и производства энергии, обсуждали преимущества и применение нанотехнологий1,2. Одной из основных составных частей нанотехнологий является наножидкость, которая преимущественно используется для адекватного управления сложностями теплопередачи. В наши дни обеспечение достаточного контроля температуры для сверхчувствительного оборудования во многих промышленных операциях, таких как теплоизоляция, атомные станции, покрытие волокон, теплообменники и псевдоожижение реактора, является первостепенной задачей. Обычные жидкости, участвующие в этой деятельности, не обладают необходимыми свойствами для утилизации избыточного тепла. Поэтому эксперты разработали ряд методик, позволяющих повысить термическую пригодность этих обычных жидкостей. Появление наножидкостей, которые не только служат причиной повышения потенциала теплопередачи, но и улучшают противоизносные, смазочные и антикоррозионные характеристики обычных жидкостей, приписывают смене парадигмы в этой области.