Теплові характеристики потоку нанорідини вздовж ізотермічної вертикальної пластини з граничними умовами швидкості, теплового та концентраційного ковзкання за використання переглянутої неоднорідної моделі Буонджорно
Анотація
У цій роботі досліджується природна конвекція постійного ламінарного потоку нанофлюїду повз ізотермічну вертикальну пластину з граничними умовами ковзання. Огляд існуючої літератури не виявив жодних попередніх досліджень, які б досліджували комбіновані ефекти термофорезу, броунівської дифузії та електризації частинок при розгляді граничних умов ковзання в потоці нанорідин. Переглянута неоднорідна модель із чотирьох рівнянь Буонджорно, що включає механізми термофорезу, броунівської дифузії та електризації частинок, використовується для усунення цієї прогалини. Модель використовує граничні умови швидкості, тепла та концентраційного ковзання для дослідження підвищення теплопровідності нанофлюїду. Отримані локальні аналогічні рівняння обробляються за допомогою пакета bvp4c MATLAB. У дослідженні обговорюється вплив ключових параметрів, таких як термофорез, броунівський рух і електризація, на температуру, швидкість і розподіл концентрації, а також на тепло-, масообмін і коефіцієнти тертя шкіри. Результати моделювання узгоджуються з попередніми дослідженнями, показуючи, що покращення параметра електризації підвищує коефіцієнт теплопередачі, тоді як параметри термофорезу та броунівського руху мають протилежний ефект. Крім того, значення коефіцієнта масопередачі збільшуються з вищими параметрами броунівського руху та електризації, одночасно зменшуючись із параметром термофорезу. Ця фізична модель має потенційне застосування в теплообмінниках з використанням нанофлюїдів і в охолодженні пластинчастих продуктів під час виробничих процесів. Новизна цього дослідження полягає в аналізі механізмів броунівської дифузії, термофорезу та електризації частинок у потоці нанофлюїдів за граничних умов ковзання.
Завантаження
Посилання
S.U.S. Choi, Z.G. Zhang, W. Yu, F.E. Lockwood, and E.A. Grulke, “Anomalously thermal conductivity enhancement in nanotube suspensions,” Applied Physics Letters, 79, 2252-2254 (2001). https://doi.org/10.1063/1.1408272
J. Buongiorno, “Convective transport in nanofluids,” ASME J. Heat Transf. 128, 240-250 (2006). https://doi.org/10.1115/1.2150834
A.V. Kuznetsov, and D.A. Nield, “Natural convective boundary-layer flow of a nanofluid past a vertical plate,” Int. J. Thermal Sci. 49, 243-247 (2010). https://doi.org/10.1016/j.ijthermalsci.2009.07.015
H. Gasmi, U. Khan, A. Zaib, A. Ishak, S.M. Eldin, and Z. Raizah, “Analysis of Mixed Convection on Two-Phase Nanofluid Flow Past a Vertical Plate in Brinkman-Extended Darcy Porous Medium with Nield Conditions,” Mathematics, 10(20), 3918 (2022). https://doi.org/10.3390/math10203918
E.A. Algehyne, M. Areshi, A. Saeed, M. Bilal, W. Kumam, and P. Kumam, “Numerical simulation of bioconvective Darcy Forchhemier nanofluid flow with energy transition over a permeable vertical plate,” Scientific Reports, 12, 3228 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-07254-9
J.K. Kigio, M.W. Nduku, and O.A. Samuel, “Analysis of Volume Fraction and Convective Heat Transfer on MHD Casson Nanofluid over a Vertical Plate,” Fluid Mechanics, 7(1), (2021). https://doi.org/10.11648/J.FM.20210701.11
N. Ahmed, N.A. Shah, B. Ahmad, S.I. Shah, S. Ulhaq, M.R. Gorji, “Transient MHD Convective Flow of Fractional Nanofluid between Vertical Plates,” Applied and Computational Mechanics, 5(4), 592-602 (2019). https://doi.org/10.22055/JACM.2018.26947.1364
U. Biswal, S. Chakraverty, and B.K. Ojha, “Natural convection of nanofluid flow between two vertical flat plates with imprecise parameter,” Coupled systems mechanics, 9(3), 219-235 (2020). https://doi.org/10.12989/CSM.2020.9.3.219
M.K.A. Mohamed, H.R. Ong, M.Z. Salleh, and B. Widodo, “Mixed convection boundary layer flow of engine oil nanofluid on a vertical flat plate with viscous dissipation,” Journal of Automotive Technology, 1(1), 29–38 (2019). https://www.journal.dhuautomotive.edu.my/autojournal/article/view/7/6
G. Sobamowo, and A.A. Yinusa, “Insight into the Boundary Layer Flows of Free Convection and Heat Transfer of Nanofluids over a Vertical Plate using Multi-Step Differential Transformation Method,” Iranian Journal of Mechanical Engineering Transactions of the ISME, (2019).
G. Sobamowo, “Free Convection Flow and Heat Transfer of Nanofluids of Different Shapes of Nano-Sized Particles over a Vertical Plate at Low and High Prandtl Numbers,” Journal of Applied and Computational Mechanics, 5(1), 13-39 (2019). https://doi.org/10.22055/JACM.2018.24529.1196
G. Sobamowo, “Combined Effects of Thermal Radiation and Nanoparticles on Free Convection Flow and Heat Transfer of Casson Fluid over a Vertical Plate,” International Journal of Chemical Engineering, (2018). https://doi.org/10.1155/2018/7305973
A. Aziz, and W.A. Khan, “Natural convective boundary layer flow of a nanofluid past a convectively heated vertical plate,” International Journal of Thermal Sciences, 52, 83-90 (2012). https://doi.org/10.1016/j.ijthermalsci.2011.10.001
Mojtabi, M.C. Charrier-Mojtabi, “Double-diffusive convection in porous media,” in: Handbook of Porous Media, edited by K. Vafai, (Dekker, New York, 2000).
E. Abu-Nada, Z. Masoud, H.F. Oztop, and A. Campo, “Effect of nanofluid variable properties on natural convection in enclosures,” Int. J. Therm. Sci. 49, 479-491 (2010). https://doi.org/10.1016/j.ijthermalsci.2009.09.002
R.F. Probstein, Physicochemical Hydrodynamics, second ed., (Wiley Interscience, Hoboken, New Jersey, 2003)
J. Tyndall, “On dust and disease,” Proc. R. Inst. 6, 1-14 (1870).
R.B. Bird, W.E. Stewart, and E.N. Lightfoot, Transport Phenomena, second ed. (Wiley, New York, 1960).
H.A. Pakravan, and M. Yaghoubi, “Combined thermophoresis, Brownian motion and Dufour effects on natural convection of nanofluids,” Int. J. Therm. Sci. 50, 394-402 (2011). https://doi.org/10.1016/j.ijthermalsci.2010.03.007
O.D. Makinde, W.A. Khan, Z.H. Khan, “Buoyancy effects on MHD stagnation point flow and heat transfer of a nanofluid past a convectively heated stretching/shrinking sheet,” International Journal of Heat and Mass Transfer, 62, 526-533 (2013). http://dx.doi.org/10.1016%2Fj.ijheatmasstransfer.2013.03.049
A.K. Pati, A. Misra, and S.K. Mishra, “Effect of electrification of nanoparticles on heat and mass transfer in boundary layer flow of a copper water nanofluid over a stretching cylinder with viscous dissipation,” JP journal of heat and mass transfer, 17(1), 97 117 (2019). http://dx.doi.org/10.17654/HM017010097
A.K. Pati, A. Misra, S.K. Mishra, S. Mishra, R. Sahu, and S. Panda, “Computational modelling of heat and mass transfer optimization in copper water nanofluid flow with nanoparticle ionization,” JP Journal of Heat and Mass Transfer, 31, 1-18 (2023). https://doi.org/10.17654/0973576323001
A.K. Pati, A. Misra, and S.K. Mishra, “Heat and mass transfer analysis on natural convective boundary layer flow of a Cu-water nanofluid past a vertical Flat plate with electrification of nanoparticles,” Advances and Applications in Fluid Mechanics, 23(1), 1-15 (2019). http://dx.doi.org/10.17654/FM023010001
A.K. Pati, S. Mishra, A. Misra, and S.K. Mishra, “Heat and Mass Transport Aspects of Nanofluid Flow towards a Vertical Flat Surface influenced by Electrified Nanoparticles and Electric Reynolds Number,” East European Journal of Physics, (2), 234-241 (2024). https://doi.org/10.26565/2312-4334-2024-2-22
A.K. Pati, A. Misra, and S.K. Mishra, “Effect of electrification of nanoparticles on natural convective boundary layer flow and heat transfer of a Cu-Water nanofluid past a vertical flat plate,” International Journal of Engineering, Science and Mathematics, 6(8), 1254-1264 (2017). https://www.ijmra.us/project%20doc/2017/IJESM_DECEMBER2017_Special_Issue/4553_pdf.pdf
A.K. Pati, A. Misra, and S.K. Mishra, “Modeling electrification of nanoparticles in free convective nanofluid flow,” TEST Engineering and Management, (83), 17663-17669 (2020). http://testmagzine.biz/index.php/testmagzine/article/view/6854/5299
S. Panda, A. Misra, S.K. Mishra, A.K. Pati, and K.K. Pradhan, “Flow and Heat Transfer Analysis of H2O-Al2O3 Nanofluid Over a Stretching Surface with Electrified Nanoparticles and Viscous Dissipation,” Advances in Dynamical Systems and Applications, 16(2), 1533-1545 (2021).
R. Pattnaik, A. Misra, S.K. Mishra, K. Kumar, S.P. Pradhan, and A.K. Pati, “Thermal Performance Analysis of Nanofluid Past an Exponentially Stretching Surface Due to the Electrification Effect of Nanoparticles,” International Journal of Difference Equations (IJDE), 16(2), 189-203 (2021). https://www.ripublication.com/ijde21/v16n2p02.pdf
S.L. Soo, “Effect of electrification on the dynamics of a particulate system,” Industrial and Engineering Chemistry Fundamentals 3, 75-80 (1964). https://doi.org/10.1021/i160009a013
H.F. Oztop, and E. Abu-Nada, “Numerical study of natural convection in partially heated rectangular enclosures filled with nanofluids,” International Journal of Heat Fluid Flow, 29, 1326-1336 (2008). https://doi.org/10.1016/j.ijheatfluidflow.2008.04.009
Adrian Bejan, Convection Heat Transfer, (John Wiley and Sons, 2013).
J. Kierzenka, and L.F. Shampine, “A BVP Solver based on residual control and the MATLAB PSE,” ACM Trans. Math. Softw. 27(3), 299–316 (2001).
M. Narahari, S. Akilu and A. Jaafar, Free convection flow of a nanofluid past an isothermal inclined plate, in: Applied Mechanics and Materials, vol. 390, (Trans Tech Publications Ltd. 2013).
Авторське право (c) 2024 Суджит Мішра, Адітя Кумар Паті, Ашок Місра, Сародж Кумар Мішра
Цю роботу ліцензовано за Міжнародня ліцензія Creative Commons Attribution 4.0.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
