Trasferimento di calore e flusso di ferrofluido ibrido su un disco rotante allungabile in modo non lineare sotto l'influenza di un campo magnetico alternato

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 17548 (2022) Citare questo articolo

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Sotto l'influenza di un campo magnetico alternato, vengono esaminati il ​​flusso e il trasferimento di calore di un flusso di ferrofluido su un disco rotante flessibile. Il flusso è ostacolato dal campo magnetico esterno, che dipende dalla frequenza del campo magnetico alternato. Il presente lavoro esamina il trasferimento di calore e il flusso tridimensionale di un fluido ad alta viscosità su un disco rotante allungato in direzione radiale. Le simmetrie delle equazioni governanti vengono calcolate utilizzando la teoria dei gruppi di Lie. Nel problema esiste una somiglianza che può essere realizzata con velocità di allungamento radiale divise in due categorie, specificamente lineare e legge di potenza, imponendo limiti dalle condizioni al contorno. La letteratura ha già trattato lo stretching lineare, ma questa è la prima discussione sullo stretching basato sulla legge di potenza. Il differenziale parziale governante viene trasformato in un sistema di equazioni differenziali ordinarie utilizzando ulteriori trasformazioni di similarità, che vengono poi gestite numericamente. I risultati sono presentati per l'ibrido allumina–rame/glicole etilenico (\({\text{Al}}_{2} {\text{O}}_{3} - {\text{Cu}}/{\text{ EG}}\)) nanofluido. I risultati calcolati sono nuovi e si è visto che si accordano abbastanza bene con quelli della letteratura estesa precedente. È stato scoperto che il flusso di nanofluidi ibridi supera il flusso di nanofluidi in termini di numero di Nusselt o velocità di trasferimento del calore. La trasmissione del calore nel fluido diminuisce all'aumentare del numero di Prandtl. Il trasferimento di calore aumenta all'aumentare dell'intensità del campo magnetico adimensionale \(\xi\). Inoltre, la velocità assiale e la velocità radiale diminuiscono all'aumentare dell'intensità del campo magnetico. All’aumentare del parametro di interazione ferromagnetica, l’efficienza della trasmissione del calore diminuisce. Per lo stretching non lineare con parametro di stretching 0 < m < 1, la velocità diminuisce con l'aumento di m.

Numerose applicazioni dello studio del campo di flusso causato da un disco rotante sono state identificate in numerosi ambiti tecnici e industriali. Ventole, turbine, pompe centrifughe, rotori, viscosimetri, reattori a dischi rotanti e altri corpi rotanti sono solo alcuni esempi di applicazioni reali per la rotazione del disco. Lo studio di un fluido viscoso incomprimibile attraverso un disco piano infinito rotante con una velocità di rotazione uniforme è stato introdotto per la prima volta nel famoso articolo di Von Karman1, che ha stabilito la storia dei flussi del disco rotante. Numerosi ricercatori continuano a esaminare questo modello per produrre risultati analitici e numerici per una migliore comprensione del comportamento dei fluidi causato dai dischi rotanti. Von Karman1 propose per primo l'uso di trasformazioni di similarità per modificare le equazioni di Navier Stokes che governano il flusso assialsimmetrico in un insieme di equazioni differenziali ordinarie non lineari collegate, e Cochran2 riportò poi i risultati numerici per queste equazioni. Gli effetti del trasporto di calore su un disco rotante a temperatura costante sono stati esaminati da Millsaps e Pohlhausen3. Per grandi numeri di Prandtl, Awad4 ha fornito un modello asintotico per studiare i fenomeni di trasporto del calore su un disco rotante. Il flusso provocato dalle superfici stirate trova notevole impiego nel settore manifatturiero, in particolare nell'estrusione di metalli e polimeri5,6,7. Crane8 ha fornito la soluzione analitica precisa per lo stiramento lineare e costante di una superficie. Questo numero è stato ampliato per includere tre dimensioni da Wang9. Utilizzando il metodo di analisi dell'omotopia, Rashidi e Pour10 hanno scoperto soluzioni analitiche approssimative per il flusso e la trasmissione del calore su un foglio stirato. Fang11 è stato il primo a suggerire il flusso costante su un disco rotante e allungabile. Una recente ricerca sul flusso tra due dischi in estensione è stata condotta da Fang e Zhang12. Più recentemente, Turkyilmazoglu13 ha esaminato gli effetti combinati della magnetoidrodinamica sui dischi allungati radialmente. Notiamo che le velocità di allungamento radiale lineare sono state al centro di tutta questa ricerca. Secondo Gupta e Gupta14, l'allungamento del foglio potrebbe non essere sempre lineare in circostanze pratiche.