質量流束との放射化学反応下で垂直円錐を通過する散逸性 MHD 自由対流ナノ流体の流れ

Scientific Reports volume 13、記事番号: 2878 (2023) この記事を引用

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最近、ナノ粒子はいくつかの科学的問題に多様な課題をもたらしています。 従来のさまざまな流体に分散されたナノ粒子は、流体の流れと熱伝達特性を変化させる可能性があります。 この研究では数学的手法を使用して、直立円錐を介した MHD 水ベースのナノ流体の流れを調査します。 この数学モデルでは、熱と質量の流束パターンを使用して、MHD、粘性散逸、放射線、化学反応、吸引/射出プロセスを検査します。 基本的な支配方程式の解を見つけるために、有限差分アプローチが使用されました。 酸化アルミニウム (Al\(_{2}\)O\(_{3}\))、銀 (Ag)、銅 (Cu)、二酸化チタン (TiO\(_{2}) などのナノ粒子を含むナノ流体の組み合わせ\)) ナノ粒子の体積分率 (0, 0.01, 0.02, 0.03, 0.04)、粘性散逸 (\(\epsilon = 0.4, 0.8\))、MHD (M = 0.5, 1.0)、放射線 (Rd = 0.4) , 1.0, 2.0)、化学反応 (\(\lambda = 0.2, 2.0\))、熱源/シンク (\(\Delta = -3, -2 ,0.5 , 1\)) 。 速度、温度、濃度、皮膚摩擦、熱伝達率、およびシャーウッド数分布の数学的知見は、無次元の流れパラメータを使用して図式的に分析されます。 放射パラメータの値を増加すると、速度と温度のプロファイルが向上することが発見されました。 世界中の消費者にとって安全で高品質な製品の生産は、食品から医薬品、家庭用洗剤から個人衛生製品に至るまで、垂直コーンミキサーに依存しています。 当社が提供するあらゆるタイプの垂直コーンミキサーは、産業界の需要を満たすために特別に開発されました。 垂直コーンミキサーを使用しているときに、ミキサーがコーンの傾斜面で温まると、粉砕の効果が感じられる場合があります。 混合物が素早く繰り返し混合されることにより、温度はコーンの傾斜面に沿って伝わります。 この研究では、これらのイベントにおける熱伝達とそのパラメトリック特性について説明します。 加熱された円錐の温度は周囲に対流します。

「ナノ」という用語は、1915 年にオズワルド 1 が著書「無視された次元の世界」で最初に使用したものです。 ナノテクノロジーは、ナノスケールでの物質のユニークな特性により、21 世紀の流行の研究テーマです。 ここ数十年にわたり、世界中の研究者や科学者がナノテクノロジーのさまざまな側面について継続的に研究を試みてきました。 従来の流体に金属粒子と非金属粒子を懸濁させると、熱伝達性能が大幅に向上します。 ナノテクノロジーおよび関連する製造技術の発展により、ナノサイズの粒子の製造が可能になりました。 ナノ流体は、熱輸送特性を改善するために Choi SUS2 によって定義された、従来の熱伝達流体にナノマテリアル (幅 100 nm 弱) を含む流体です。 ナノ流体の最終的な焦点は、可能な限り最小限のナノ粒子を使用しながら、熱伝導率に対して達成可能な最高の効果を達成することです。 ナノ流体は、その強化された熱伝導率により、熱をより効率的に伝導し、詰まることなくマイクロチャネルを冷却し、より効率的にポンプする能力などの利点を獲得した。 Gupta ら 3 は、MHD Jeffrey 液体が透過性コーンを通過した後に影響を与える熱および質量流束の Cattaneo-Christov 解析を調査しました。 安定性解析は、カーボン ナノチューブ内に沿って移動するプレートの透過性に対する浮力の影響を調査するために、Annur et al.4 によって使用されました。 Sambath et al.5 によって行われた研究では、化学反応が起こっているときに直立円錐を通過する過渡放射 MHD 熱と物質移動の流れの支配偏微分方程式に取り組み、クランク ニコルソン法に基づいて数値解を導き出しました。 Hanifa Hanif et al.6 は、熱の発生/吸収時の、逆浸透性の円錐を備えた円錐内での水ベースのハイブリッド ナノ流体の流れにおける粘度の変化を研究しました。 数値解析を実行するには、存在する磁場と放射熱流束を考慮する必要があります。 円錐に沿ったナノ粒子の自然対流に対するブラウン運動の理論的影響は、Iqbal らによって研究されました 7。 Kannan et al.8 の研究では、表面熱流束と磁場によって生成される導電性流体の流れを備えた垂直円錐を備えた層流対流流体の流れについて議論しました。 Hanif et al.9 は、逆円錐を横切る非球形 CdTe ナノ粒子溶液を含む水ベースのナノ流体の二次元流れを研究しました。 Thameem Basha et al.10 は、電磁流体と不均一な熱源/シンクに基づいた 2 つの異なる形状でのナノ流体の化学反応を研究しました。 Saleem et al.11 は、磁場の存在下で回転円錐上での Walter's B ナノ流体の流れを研究しました。 円錐に近い角速度と円錐から遠い角速度は、時間の逆直線曲線になるはずです。 電磁流体力学への影響は、Vijayalakshmi et al.12 によって、2 つの異なる構成で化学反応するカソン流体について実際に研究されています。 ローレンツ力の影響は、流体輸送の特性を理解するために、HT Basha et al.13 によって 2 つの異なる構成で化学反応するナノ流体に対して研究されました。 Abdul gaffar et al.14 は、等温垂直円錐の外側の 3 級粘弾性非ニュートン流体に対する放射 MHD の影響に焦点を当てました。 熱と物質の移動の挙動は、熱放射と化学プロセスを伴う垂直回転円錐を横切る磁気流体力学流について、Sulochana et al.15 によって研究されています。 研究者 PS Reddy ら 16 は、多孔質ナノ流体で満たされた垂直円錐を使用して、熱および物質輸送特性を調査しました。 Sreedevi et al.17 は、化学プロセスおよび吸引/注入の影響下で対流境界条件を示す多孔質媒体に浸漬された垂直円錐に沿った単層および多層 CNT からなる水ベースのナノ粒子の熱移動と物質移動の両方の研究を調査しました。 。 HT Basha et al.18 は、高次の化学反応や不均一な熱源/シンクを伴う流体磁性ナノ流体の流れを説明するために、2 つの異なるタイプの構成を研究しました。 粘性の熱加速ナノ流体の流れは、R Vemula et al.19 によって、磁場にさらされる温度変化と熱放射を伴う垂直プレートを適用することによって研究されました。熱交換器のメカニズムは、S Nandal と R Bhargava20 によって確立されました。傾斜板周囲のナノ流体の二次元の安定した自然対流。 その結果、対流で加熱された垂直面を横切る接線双曲流体の流れについて、非線形対流と放射が Mahanthesh et al.21 によって提示されました。 PS Reddy et al.22 は、熱放射および発熱成分を含む透過性物質に浸漬された傾斜した垂直プレートとともに、磁場ナノ流体の熱および質量伝達特性を調査しました。 Abdul Gaffar et al.23 は、熱放射と熱の発生/吸収の影響を含め、垂直円錐を横切る粘弾性不混和性ジェフリー流体の MHD 平対流、熱および物質移動を研究しました。 傾斜磁場と導電性を備えた水ベースのアルミニウム合金ナノ流体は、Sandeep と Animasaun24 によって研究されました。 Durairaj et al.25 は、垂直円錐と非ダルシー多孔質媒体で飽和した平板を使用して、化学反応によって熱を発生または吸収するカソン流を分析しました。 具体的には、Sridevi et al.26 は、MHD 境界層の熱伝達に対する吸引/注入による対流境界条件を批判しています。 PS Reddy et al.27 は、上向きの円錐に沿った単純対流ナノ流体周辺層の流れにおける熱および質量の伝達に対する熱放射および化学反応の影響を調査しました。 M Turkyilmazoglu et al.28 の実験では、垂直均一磁場と熱放射が分析的に相互作用し、水平無限等温プレート上を流れるナノ流体の自由対流に影響を与えます。 PS Reddy と AJ Chamkha29 は、2 種類のナノ粒子とサイズのナノ粒子を使用して、垂直円錐の周りのナノ流体の平対流周縁層熱と物質輸送特性を示しました。 N Sandeep と MG Reddy30 は、円錐とウェッジ上の導電性 MHD ナノ流体の流れの熱輸送設計の性質を調べるために、非線形熱放射と熱源/シンクの影響を考慮することで数学的モデルを図解しました。 CSK Raju et al.31 は、不均一な熱吸引/注入効果や円錐上の変化する MHD 場の存在下でのナノ流体におけるブラウン運動と熱泳動の役割を研究しました。 B Mallikarjuna et al.32 は、多孔質媒体に浸漬された回転垂直円錐を通るニュートン流体の混合対流を使用した化学反応効果を含む、主に磁場の存在下での統合された熱伝達と質量伝達を調べました。 IS Oyelakin ら 33 は、多孔質媒体に浸漬されたブラウン運動の影響で、垂直円錐上を流れる粘度が変化する Cattaneo-Christov Casson ナノ流体を分析しました。

垂直円錐と平板上の非定常カッソン流体の流れは、Jasmine Benazir et al.34 によって研究され、二重分散、不均一な熱源とシンク、および高次の化学反応の影響が研究されました。 Abolfazl Zaraki et al.35 は、平板上で自然対流熱と物質移動がどのように起こるかを決定するために、数種類のナノ粒子、ベース流体、および作業温度を検討しました。 透過円錐を通るこのような MHD アイリング-パウエル ナノ流体の境界層の流れは、Jayachandra Babu ら 36 によって、浮力効果と吸引/注入効果の観点から調査されています。 Raju et al.37 による研究では、熱泳動とブラウン運動が透過性コーン上の MHD Jeffrey ナノ流体の境界層の流れにどのような影響を与えるかを調査しました。 垂直円錐上の物質移動流を伴う自然対流 MHD の解は Sambath et al.38 によって得られており、その支配方程式はクランクニコルソン法によって導出されています。 Sambath et al.39 は、熱源とシンクの両方が存在する状態で、垂直に傾斜したプレート上の粘性、導電性、非圧縮性流体の流れを調査しました。 自然対流の熱伝達特性は、熱放射と磁場が存在する場合に垂直円錐を利用して Palani と Kim40 によって検査されました。 Ganesan と Palani41 は、表面熱と質量流束が変化する半無限の傾斜プレートを横切る MHD の流れの詳細な計算調査を実施しました。 均一な表面熱流束は、壁熱束が一定の直立した円錐からの層流平板対流を決定するために、Lin42 によって文献で初めて提案されました。 Hossain と Paul43 は、不均一な表面熱流束を持つ鉛直円錐を調査し、層状の平野対流の周辺層がどのように流れているかを決定しました。 不均一な発熱、熱放射、および速度滑りの存在下で、伸縮シートの表面上の磁気流体力学的ジェフリー流体の流れにおける熱および物質移動に対するアレニウスの活性化エネルギーと二成分反応の影響が調査されています44。 自己触媒伸縮シート上の化学反応は、放射マクスウェル流体流に対する温度依存粘度の影響に関して Samuel45 によって研究されています。 これは、熱や質量流束を伴うさまざまなパラメーターを使用して、垂直円錐面を横切るナノ流体の自由対流を試みる初めての試みです。 垂直錐体物質をナノ粒子を含む流体に浸漬し、錐体からの熱および物質移動が起こる流体中ではなく、ナノ流体中で熱および質量流束がどのように起こるかを調べた。

次のセクションでは、流体パラメータの追加によって熱および物質移動の発生が変化するかどうかについて説明します。 さらに、熱と物質の移動中に熱と質量流の条件がナノ流体の特性にどのような影響を与えるかをグラフで示しました。

本研究では、不均一な熱源/シンクと MHD を使用して、直立した円錐を横切る磁気流体力学的放射性ナノ流体の流れを調査しました。 熱と質量流束を制御するために、粘性散逸、化学反応、熱放射の影響が現在の研究に含まれています。 円錐の半径と半角はそれぞれ r と \(\omega\) で決まり、結果として流れは上向きに発達します。 図 1 の流れ構成図に示すように、x 軸は円錐の表面に平行に、y 軸は円錐の表面に垂直に描かれています。周囲の温度と濃度が常に Tw および Cw 未満であると仮定すると、次に、Tw > \(T_{\infty }\)、Cw > \(C_{\infty }\) となります。 一定の周囲温度と表面から遠く離れた濃度は、\(T_{\infty }\) と \(C_{ \infty }\) という数字で表されます。 熱浮力項と種浮力項の組み合わせは、速度方程式の右側の 1 番目と 2 番目です。 (2)、一方、流体磁気抵抗項は最後の成分です。 温度方程式の右側の 2 番目の成分。 (3) は熱放射に関連しており、第 3 項は熱源/シンク項、最後の項は粘性散逸項です。 拡散方程式の最終項は次のようになります。 (4) は一次化学プロセスに関連します。

研究者らのアプローチによると、連続性、運動量、エネルギー、スパイスの方程式は次のように表すことができます。

連続性の方程式

運動量の方程式

エネルギーの方程式

濃度の方程式

初期条件と境界条件は次のとおりです。

ここで \(q_{w}(x)= ax^{n}, q^{*}_{w}(x)= bx^{n}\)

ここで、a と b は定数、\(B^{2}_{0}\) は磁場誘導、C\(_{p}\) は一定圧力における比熱、C\('\)は流体内の濃度、C\('_{\infty }\) は円錐表面から遠く離れた濃度、D は熱拡散率、g は重力による加速度、k は熱伝導率、L は基準長さ、T\(^{'}\) は温度、T\('_{\infty }\) は円錐表面から遠く離れた温度、t\(^{'}\) は時間、u と v はそれぞれ x 方向と y 方向に沿った速度成分 (次元)、\(\beta\) は熱膨張の体積係数、\(\mu\) は動粘度、\(\mu _ {nf}\) はナノ流体の動粘度、\(\nu\) は動粘度、\(\nu _{f}\) は動粘度のベース流体、\(\sigma\) は電気伝導率、\(\omega\) は円錐の頂点の半角です。

物理モデルと座標系。

密度 \(\rho _{nf}\)、熱膨張係数 \((\rho \beta )_{nf}\)、熱伝導率 (\(k_{nf}\)) のナノ流体と熱静電容量 \((\rho c_{p})_{nf}\) ナノ流体の式が示されています。

関連する無次元量は次のように導入されます。

ここで、Gr\(_{L}\) は無次元の熱グラスホフ数、Gr\(_{C}\) は無次元質量のグラスホフ数、Pr はプラントル数、N は浮力による無次元比、\ (Q_{0}\) は次元の熱源/シンク、R は無次元の局所半径、r は円錐の局所半径、Sc はシュミット数、U と V は X および Y 方向に沿った速度成分 (無次元)、それぞれ、T は無次元温度、t は無次元時間です。

Rosseland 近似 38 を使用して一方向放射熱流束をモデル化し、放射熱流束 qr に関する次の式が得られます。

式の線形バージョン。 (7) は、T\(^{'}_{\infty }\) 上のテイラー級数の展開を使用して、上限を削除しながら T\(^{'}\) \(^{4}\) を上昇させることによって取得できます。フロー内の項 T\(^{'}\)- T\(^{'}_{\infty }\) が十分に小さい場合、コンポーネントを順序付けします。

等式を代入する式(6)と(7) (3)、

支配方程式は以下の無次元形式で提供されます。

連続性の方程式

運動量の方程式

エネルギーの方程式

協奏の方程式

ここで、 \(A_{1} = \dfrac{1}{(1-\phi )+\phi \bigg (\dfrac{\rho _{s}}{\rho _{f}}\bigg )} 、 A_{2} = \bigg ((1-\phi )+\phi \dfrac{(\rho \beta )_{s}}{(\rho \beta )_{f}}\bigg ), A_{3 } = (1-\phi )+\phi \dfrac{(\rho \beta ^{*})_{s}}{(\rho \beta ^{*})_{f}}\) , \( A_{4} = \dfrac{1}{(1-\phi )^{2.5}\bigg (1-\phi +\phi \dfrac{\rho _{s}}{\rho _{f}}\ bigg )} 、 A_{5} = \dfrac{1}{(1-\phi )+\phi \dfrac{(\rho c_{p})_{s}}{(\rho c_{p})_ {f}}}、A_{6} = \dfrac{1}{(1-\phi )^{2.5}\bigg (1-\phi +\phi \dfrac{(\rho c_{p})_{ s}}{(\rho c _{p})_{f}}\bigg )}\)

無次元形式の初期条件と境界条件は次のとおりです。

数学的には、局所的な皮膚摩擦の無次元係数 (\(\tau _{X}\))、局所的なヌッセルト数 (\(Nu_{X}\))、および局所的なシャーウッド数 \(Sh_{X }\) は次のように定義されます

また、無次元の平均皮膚摩擦 (\(\overline{\tau }\))、平均ヌッセルト数 (\(\overline{N_{u}}\))、平均シャーウッド数 (\(\overline) {Sh}\)) は次のように定義されます。

この記事では、初期条件および境界条件 (13) を含む偏微分方程式 (9) ～ (12) を解くために、クランク ニコルソン型の陰的有限差分スキームを使用します。 この数値手法は、グリッド離散化を備えた対応する有限差分演算子を使用して、上記の偏微分方程式 (9) から (12) を有限差分方程式に変換することから始まります。これらの方程式は次のように求められます。

ここで、(i, j) はそれぞれ x 方向と y 方向のグリッドの位置を示します。 前提として、\(\Delta X\)、\(\Delta Y\)、\(\Delta t\) はそれぞれ X、Y、t のステップ サイズを指し、(n, n + 1) はステップ サイズを指します。 n\(^{th}\) および (n+1)\(^{th}\) の反復は、それぞれ U、T、C を表します。 速度、温度、濃度の有限差分方程式は、適切に選択された定数値を使用して取得されます。 有限差分方程式を取得したら、それを代数方程式に変換する必要があります。 Thomas アルゴリズムは、三重対角系の形式で提供されるこれらの代数方程式を解くために使用されます。 この数値手法では、\(\Delta X\) および \(\Delta Y\) 方向のステップ サイズは 0.05 で、時間ステップは \(\Delta t\) =0.01 ですが、X\(_{max }\) = 1 および Y\(_{max}\) = 20 は、\(y\rightarrow \infty\) に対応する境界条件を反映しています。 測定された変数が許容限界 \(10^{-5}\) 内を満たすときに達成される定常状態条件。

この研究では、表 1 に示す 4 つの異なる種類のナノ粒子 Al\(_{2}\)O\(_{3},\) Cu、Ag、TiO\(_{2}\) をテストします。ベース流体として水を使用します。 図１、２に示すように。 2、3、4、5、6、7、境界層内部の空間速度、温度、濃度は、磁気パラメータ (M)、放射パラメータ (Rd)、熱源と熱シンク (\(\Delta\) ) の影響を受けます。 、ナノ粒子の体積分率 (\(\phi\))、粘性散逸 (\(\epsilon\))、化学反応 (\(\lambda\))、およびナノ粒子の種類です。 表 2 に、プラントル数 (Pr) の変化に応じた温度と局所的な皮膚摩擦係数を示します。 したがって、Pr が増加すると、温度と局所的な皮膚摩擦係数が増加します。 さらに、表 3 は、プラントル数が増加すると、局所的な皮膚摩擦と局所的なヌッセルト数の両方が増加することを示しています。

速度プロファイルに対する放射線とMHD、さまざまなナノ流体、さまざまな体積分率と散逸、および化学反応と熱源/シンクの影響が図2(a-d)に見られます。 図2aを使用すると、還元電位によりさまざまなナノ流体の自由対流熱伝達が強化され、流体速度が増加し始めることがわかります。 これにより、新種への電子が失われることになります。 銀（Ag）と銅（Cu）を比較すると、銅水ナノ流体の粘性が低いため、銅（Cu）の速度が速いことがわかります。 ナノ粒子の体積分率および粘性散逸が増加すると、図2bに示すように、ナノ粒子を含む混合物の組成物の吸収特性により、流体の速度がそれぞれ減少および増加します。 図 2c は、速度場に対する MHD と放射線の影響を示しています。 磁力は運動量力に対して垂直であり、等速円運動となるため、運動量の減少を引き起こし、MHD効果が高まります。 さらに、運動量の波長と放射力は互いに直接命題関係にあり、より高い放射値の運動量の増加を触媒します。 化学反応と熱源/シンクの挙動を図 2d に示します。 \((\lambda )\) が増加するにつれて速度がどのように減少するかを観察するのは簡単です。 これは、 \((\lambda )\) が大きくなると反応速度が低下し、粒子の速度が遅くなり、反応物粒子間の衝突が成功する可能性が低くなるために発生します。 さらに、熱源パラメータ (\(\Delta\)) は速度プロファイルに影響します。 図2dから、発熱/吸収パラメータの増加に伴い境界層が増加し、その結果、運動量境界層の厚さが増加することが明らかです。 熱源/シンク値が高くなると、熱の形でエネルギーを供給および吸収するリザーバの結果として、速度場が増加します。

速度プロファイル: (a) 異なるナノ粒子 (b) さまざまな \(\epsilon\) および \(\phi\) (c) 異なる M および Rd (d) 異なる \(\lambda\) および \(\Delta\)。

さまざまなナノ流体が無次元温度に及ぼす影響を図3aに示します。 銅の抵抗率が温度とともに放物線状に変化すると、温度が低下することが発見されました。 このグラフは、銅の抵抗が増加すると、銅の温度が他のナノ粒子の温度よりも若干上昇し、温度が上昇するにつれて導電率が低下することを明確に示しています。 流体温度プロファイル（T）に対するナノ粒子の体積分率係数（\（\phi\））と粘性散逸（\（\epsilon\））の影響を図3bに示します。 ナノ粒子の体積分率係数 (\(\phi\)) を増加させ、粘性散逸パラメータ (\(\epsilon\)) を増加させると、流体内のナノ粒子の動きが速くなり、粘性による一部の運動エネルギーの散逸。 熱挙動におけるMHDと放射パラメータの影響は図3cで証明されています。 この図から、導体が磁場に対して移動すると電圧が誘導され、その結果、磁界の流れが生じるため、MHD と熱放射効果を組み込むことによって壁温度の上昇率が上昇する可能性があると結論付けることができます。端子間の電流と、端子から放出される高周波電磁放射の方が低周波放射よりも大きくなります。 より高い周波数ではより短い波長が発生します。 これは、高温の物体から放出される放射線の強度がより大きくなることを意味します。 図 3(d) のグラフは、温度プロファイルに対する化学反応と熱源/シンク パラメーターの影響を示しています。 化学反応の量が大幅に増加すると、反応物分子の平均運動エネルギーが増加するため、熱境界層の厚さが増加すると報告されています。 結果として、より高い割合の分子が効果的な衝突に必要な最小限のエネルギーを保有することになり、熱源/シンクパラメータが強化されると、受動的熱交換器が機械装置によって生成された熱を流体媒体に伝達します。それはデバイスから放散され、デバイスの温度の調整が可能になり、温度が上昇したことを示します。

温度プロファイル: (a) 異なるナノ粒子 (b) さまざまな \(\epsilon\) および \(\phi\) (c) 異なる M および Rd (d) 異なる \(\lambda\) および \(\Delta\)。

さまざまな物理パラメータ（Pr、M、Rd、\(\phi\)、\(\epsilon\)、およびSc）に対する濃度プロファイル対Yのグラフを図4（ad）に示します。 図 4(ad) のさまざまな研究から、不均一な質量流束により流体の濃度が ax = 1 で最大になるという共通の結果が得られます。図 4(ad) の部分図 (ad) は、濃度プロファイルに対する Pr、M、Sc、\(\phi\)、\(\epsilon\)、Rd の影響。 図4aに基づいて、新種はより高い還元電位を有しており、電子が失った。 水ベースのナノ流体の流体濃度Cに対するナノ粒子体積分率パラメータの影響を図4bに示します。 ナノ粒子体積分率パラメーターを高めると流体濃度が上昇することは明らかです。 それは、ナノ粒子の体積分率が増加するとナノ流体の密度が増加し、ナノ流体の流量濃度が低下し、種境界層の厚さが増加するため、質量拡散率が高まり、表面熱伝達率が増加します。 濃度プロファイルにおけるMHDとRdの相互作用を図4cに示します。 これらの図では、M と Rd の値が増加するにつれて、種境界ピークの厚さが減少することが明らかです。 この背後にある理由は、電気を通す液体に磁場が関与すると、ローレンツ力として知られる力が発生し、方向の流れに逆らって濃度プロファイルの低下を引き起こすためです（図4c）。ローレンツ遅延や大気による散乱によってもたらされる抗力に対抗するために流体からより多くのエネルギーが得られ、その結果、方向を変えた後に表面に到達する全放射線の一部が生じます。 化学反応および熱源/シンクパラメータの濃度プロファイルへの影響を図4dに示します。 また、濃度プロファイルの低下に続いて化学パラメータが上昇し、熱源/シンクパラメータの増加に依存する濃度の変動が図4dに見られます。 一方、シャーウッド数は、熱源/シンク パラメーターが \(\lambda\) = 2 で強化されると増加しますが、ソース/シンク パラメーターが \(\lambda\) = 0.2 で上昇すると減少します。化学反応は、表面円錐での物質移動速度を低下させる傾向があります。 その理由は、すべての反応物の濃度が増加すると、より多くの分子またはイオンが相互作用して新しい化合物を形成し、反応速度が増加するためです。

濃度プロファイル: (a) 異なるナノ粒子 (b) さまざまな \(\epsilon\) および \(\phi\) (c) 異なる M および Rd (d) 異なる \(\lambda\) および \(\Delta\)。

図について。 (5、6、7) は、さまざまな興味深いパラメーター (\(\Delta ,\) Rd, M, \( \lambda 、\) および \(\epsilon\))。

\(\Delta ,\) Rd、M、\(\lambda ,\)、\(\epsilon\) のさまざまな値に対する、Ag および Cu ナノ流体の局所的および平均的な皮膚摩擦係数の変化を図 5 に示します。広告）。 Ag および Cu の水ベースのナノ流体の皮膚摩擦係数の大きさは、流体が中を移動する要素の表面をこするときに生じるため、この実験ではパラメータが変化すると減衰します。 それは速度の二乗に応じて増大し、流体と接触する表面の面積に比例します。

局所的な皮膚摩擦: (a) 銀 (b) 銅、平均的な皮膚摩擦: (c) 銀 (d) 銅。

AgおよびCu液体ナノ流体の局所的および平均熱伝達率に対するさまざまな要因の影響を図6(ad)に示します。 この場合、パラメータに対する局所的および平均的な熱伝達率は変化しますが、原子鎖の挙動により、指定されたパラメータでは逆効果が観察され、ナノマテリアルがベース流体に適切に拡散し、熱伝導の改善などの実質的な利点が実現されます。 、浸食の可能性が減少し、熱伝導率と混合物の安定性が向上します。

局所ヌッセルト数: (a) 銀 (b) 銅、平均ヌッセルト数: (c) 銀 (d) 銅。

図 7(ad) は、\(\Delta ,\) Rd、M、\(\lambda ,\) および \(\epsilon\) の値の変化が局所シャーウッド数と平均シャーウッド数の影響に及ぼす影響に焦点を当てています。 AgおよびCuの水ベースのナノ流体。 \(\Delta ,\) Rd、M、\(\lambda ,\)、\(\epsilon\) が増加するにつれて、局所的および平均的なシャーウッド数は減少します。溶質が領域から拡散するため、パラメーターは傾向の逆転を示しています。濃度勾配に比例した大きさで、より高い濃度の領域からより低い濃度の領域へ。

ローカルシャーウッド価: (a) 銀 (b) 銅、平均シャーウッド価: (c) 銀 (d) 銅。

流体の速度、温度、濃度の観点から、流体運動において銅が銀よりも優れた熱と質量の伝達を提供することは明らかです。 これにより、体積分率の増加に関係なく、粘性散逸に関して流体の速度、温度、濃度が上昇します。 その結果、高度では運動の運動量が減少する一方、熱放射率は増加する傾向があると推測できます。 同様に、化学反応が液体の速度で起こる場合、熱源/シンクに関してその値は低下し、熱源/シンクの値が増加すると、化学反応に関して速度が上昇します。 MHD、Rd、熱源/シンクの値などのパラメータが一緒に表面に登るときに温度が上昇するのに対し、熱流束は x = 1 で回転すると説明されています。濃度に関しては、パラメータ MHD、化学的値の値が大きいとき、反応、熱放射、熱源/熱源が増加すると、濃度が低下します。 さらに、化学反応の大きさに応じて、x = 1 の濃度変動が観察されます。

局所的ヌッセルト数および平均的なヌッセルト数に関しては、銅の方が銀よりも熱伝達率がわずかに高いことが報告されています。

銀は銅より局所的な壁せん断応力がわずかに大きいと言われていますが、Cu と Ag 内の摩擦による平均皮膚摩擦では銅の方が銀よりもわずかに高い壁せん断応力を持っています。

この研究によると、局所シャーウッド数と平均シャーウッド数の両方において、銅は銀よりも分子拡散によりわずかに高い物質移動速度を生成します。

将来的には、研究者はソレット効果とデュフール効果の問題に貢献できるでしょう。

現在の研究中に使用および/または分析されたデータセットは、合理的な要求に応じて責任著者から入手できます。

オズワルド、W. 無視された次元の世界 (ドレスデン、ドイツ、1915 年)。

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ERKが原稿を書きました。 GP と PS はデータ収集とデータ削減を実施した。 PS と AJC は原稿を修正しました。

P. サンバスへの通信。

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Ragulkumar、E.、Palani、G.、Sambath、P. 他。 質量流束との放射化学反応下で垂直円錐を通過する散逸性 MHD のない対流ナノ流体の流れ。 Sci Rep 13、2878 (2023)。 https://doi.org/10.1038/s41598-023-28702-0

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受信日: 2022 年 9 月 27 日

受理日: 2023 年 1 月 23 日

公開日: 2023 年 2 月 18 日

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-28702-0

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