Числове дослiдження аналiзу теплопереносу з використанням електромагнiтогiдродинамiки з агрегованими наночастинками
Анотація
Оптимiзацiя теплопередачi залишається суттєвою сучасною проблемою в сучасних технологiчних застосуваннях. Нанорiдини демонструють сильну потенцiйну теплопровiднiсть для покращення теплопередачi та пiдвищення ефективностi енергетичної системи. Порiвняно з диспергованими наночастинками, агрегованi наночастинки є важливими для оцiнки теплової поведiнки наночастинок у нанорiвнi. Незважаючи на цей ефект агрегацiї, фрактальна розмiрнiсть агрегованих наночастинок матиме трансформацiйний вплив на теплопередачу. Метою цього дослiдження є дослiдження впливу електромагнiтогiдродинамiчних ефектiв на теплопередачу в нанорiдинi, що мiстить агрегованi наночастинки над експоненцiально розтягуваним шаром. Визначальнi рiвняння для iмпульсу та енергiї перетворюються на систему нелiнiйних звичайних диференцiальних рiвнянь iз заданою межею умови. Представлено аналiтичне рiшення для конкретного випадку, коли параметр електричного поля вiдсутнiй. Чисельнi рiшення отриманi для рiзних дiапазонiв фiзичних параметрiв, а обчисленi результати перевiренi на основi iснуючої лiтератури. Результати показують, що агрегацiя наночастинок призводить до потовщення теплового граничного шару та покращення теплопередачi. На додаток до цього синергетичного ефекту агрегацiї та електричного поля, це призводить до зменшення профiлiв швидкостi. При об’ємнiй частцi 5% агрегованi наночастинки забезпечують покращення теплопередачi приблизно на 34%порiвняно з диспергованими наночастинками. Температурнi профiлi демонструють тенденцiю до зростання зi збiльшенням об’ємної частки. У присутностi агрегованих наночастинок як коефiцiєнт тертя поверхнi, так i число Нуссельта збiльшуються зi зростанням напруженостi магнiтного поля.
Завантаження
Посилання
D. Lee, J.W. Kim, and B.G. Kim, “A new parameter to control heat transport in nanofluids: surface charge state of the particle in suspension,” The Journal of Physical Chemistry B, 110(9), 4323-4328 (2006). https://doi.org/10.1021/jp057225m.
Gaganpreet, and S. Srivastava, “Effect of aggregation on thermal conductivity and viscosity of nanofluids,” Applied Nanoscience, 2(3), 325-331 (2012). https://doi.org/10.1007/s13204-012-0082-z.
J. Liao, A. Zhang, S. Qing, X. Zhang, and Z. Luo, Z, “Investigation on the aggregation structure of nanoparticle on the thermal conductivity of nanofluids by molecular dynamic simulations,” Powder Technology, 395, 584-591 (2022). https://doi.org/10.1016/j.powtec.2021.10.007
Y. Feng, B. Yu, P. Xu, and M. Zou, “The effective thermal conductivity of nanofluids based on the nanolayer and the aggregation of nanoparticles,” Journal of Physics D: Applied Physics, 40(10), 3164 (2007). https://doi.org/10.1088/0022-3727/40/10/020
B. Mahanthesh, “Flow and heat transport of nanomaterial with quadratic radiative heat flux and aggregation kinematics of nanoparticles,” International Communications in Heat and Mass Transfer, 127, 105521 (2021). https://doi.org/10.1016/j.icheatmasstransfer.2021.105521
J. Chen, C.Y. Zhao, and B.X. Wang, “Effect of nanoparticle aggregation on the thermal radiation properties of nanofluids: an experimental and theoretical study,” International Journal of heat and mass transfer, 154, 119690 (2020). https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2020.119690
M. Motevasel, A.R.S. Nazar, and M. Jamialahmadi, “The effect of nanoparticles aggregation on the thermal conductivity of nanofluids at very low concentrations: experimental and theoretical evaluations,” Heat and Mass Transfer, 54(1), 125-133 (2018). https://doi.org/10.1007/s00231-017-2116-2
N. Muhammad, N. Ahmed, M. Rani, and B.B. Mohsin, “Application of deep learning to study aggregative and non-aggregative nanofluid flow within the nozzle of a liquid rocket engine,” International Communications in Heat and Mass Transfer, 155, 107449 (2024). https://doi.org/10.1016/j.icheatmasstransfer.2024.107449
C. Pang, J.Y. Jung, and Y.T. Kang, “Aggregation based model for heat conduction mechanism in nanofluids,” International Journal of Heat and Mass Transfer, 72, 392-399 (2014). https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2013.12.055
R. Ellahi, M. Hassan, and A. Zeeshan, “Aggregation effects on water base Al2O3—nanofluid over permeable wedge in mixed convection,” Asia-Pacific Journal of Chemical Engineering, 11(2), 179-186 (2016). https://doi.org/10.1002/apj.1954
P. Sathya, and P. Naveen, “Crucial role of nanoparticle aggregation effect on non-Darcian flow of micropolar nanofluid over Riga plate with Navier’s slip: a regression analysis,” The European Physical Journal Plus, 139(5), 458, (2024). https://doi.org/10.1140/epjp/s13360-024-05230-y
F.Z. Duraihem, “Electro-magnetohydrodynamic (EMHD) Darcy–Forchheimer flow of Sutterby nanofluid with variable thermal conductivity over a stretching sheet: Finite difference approach,” Modern Physics Letters B, 39(17), 2550019 (2025). https://doi.org/10.1142/S0217984925500198.
K. Ramesh, K.K. Asogwa, T. Oreyeni, M.G. Reddy, and A. Verma, A, “EMHD radiative titanium oxide-iron oxide/ethylene glycol hybrid nanofluid flow over an exponentially stretching sheet,” Biomass Conversion and Biorefinery, 14(16), 18887-18896 (2024). https://doi.org/10.1007/s13399-023-04033-y
V. Loganayagi, and P.K. Kameswaran, “Impacts of Heat Source/Sink and Electromagnetic Field on Heat Transfer in Ferrofluid Flow,” Advances in Mathematics: Scientific Journal, 10(4), 2095-2104 (2021). https://doi.org/10.37418/amsj.10.4.24
J. Madhu, J.K. Madhukesh, K.V. Prasad, and A. Kulshreshta, “Exact solutions for nanoparticle aggregation and porous medium effects over a stretching surface,” Multiscale and Multidisciplinary Modeling, Experiments and Design, 8(2), 134 (2025). https://doi.org/10.1007/s41939-024-00724-9
K. Swain, S.M. Ibrahim, G. Dharmaiah, G, and S. Noeiaghdam, “Numerical study of nanoparticles aggregation on radiative 3D flow of maxwell fluid over a permeable stretching surface with thermal radiation and heat source/sink,” Results in Engineering, 19, 101208 (2023). https://doi.org/10.1016/j.rineng.2023.101208
P.K. Kameswaran, M. Narayana, P. Sibanda, and G. Makanda, “On radiation effects on hydromagnetic Newtonian liquid flow due to an exponential stretching sheet,” Boundary Value Problems, 2012(1), (2012). https://doi.org/10.1186/1687-2770-2012-105
F. Wang, S.P. Rani, K. Sarada, R.P. Gowda, H.Y. Zahran, and E.E. Mahmoud, “The effects of nanoparticle aggregation and radiation on the flow of nanofluid between the gap of a disk and cone,” Case Studies in Thermal Engineering, 33, 101930 (2022). https://doi.org/10.1016/j.csite.2022.101930
G.R. Rajput, B.P. Jadhav, and S.N. Salunkhe, “Magnetohydrodynamics boundary layer flow and heat transfer in porous medium past an exponentially stretching sheet under the influence of radiation,” Heat Transfer, 49(5), 2906-2920 (2020). https://doi.org/10.1002/htj.21752
A. Ali, H.S. Khan, S. Saleem, S, and M. Hussan, M, “EMHD nanofluid flow with radiation and variable heat flux effects along a slandering stretching sheet,” Nanomaterials, 12(21), 3872 (2022). https://doi.org/10.3390/nano12213872
K. Rafique, Z. Mahmood, A.M. Alqahtani, A.M. Elsiddieg, U. Khan,W. Deebani, and M. Shutaywi, “Impacts of thermal radiation with nanoparticle aggregation and variable viscosity on unsteady bidirectional rotating stagnation point flow of nanofluid,” Materials Today Communications, 36, 106735 (2023). https://doi.org/10.1016/j.mtcomm.2023.106735
F. Mabood, W.A. Khan, andA.M. Ismail, A, “MHD flow over exponential radiating stretching sheet using homotopy analysis method,” Journal of King Saud University-Engineering Sciences, 29(1), 68-74 (2017). https://doi.org/10.1016/j.jksues.2014.06.001
B.M. Makhdoum, Z. Mahmood, B.M. Fadhl, M.S. Aldhabani, U. Khan, and S.M. Eldin, “Significance of entropy generation and nanoparticle aggregation on stagnation point flow of nanofluid over stretching sheet with inclined Lorentz force,” Arabian Journal of Chemistry, 16(6), 104787 (2023). https://doi.org/10.1016/j.arabjc.2023.104787
J. Mackolil, and B. Mahanthesh, B, “Sensitivity analysis of Marangoni convection in TiO2–EG nanoliquid with nanoparticle aggregation and temperature-dependent surface tension,” Journal of Thermal Analysis & Calorimetry, 143(3), (2021). https://doi.org/10.1007/s10973-020-09642-7
S.K. Rawat, M. Yaseen, A. Shafiq, M. Kumar, and Q.M. Al-Mdallal, “Nanoparticle aggregation effect on nonlinear convective nanofluid flow over a stretched surface with linear and exponential heat source/sink,” International Journal of Thermofluids, 19, 100355 (2023). https://doi.org/10.1016/j.ijft.2023.100355
P. Rana, B. Mahanthesh, J. Mackolil, and W. Al-Kouz, “Nanofluid flow past a vertical plate with nanoparticle aggregation kinematics, thermal slip and significant buoyancy force effects using modified Buongiorno model,” Waves in Random and Complex Media, 34(4), 3425-3449 (2024). https://doi.org/10.1080/17455030.2021.1977416
Авторське право (c) 2026 A. Локешварi, Перi К. Камесваран
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).
