Cattaneo用電磁ハイブリッドナノ流体の不可逆性解析

Scientific Reports volume 13、記事番号: 4288 (2023) この記事を引用

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通常の流体のより優れた熱伝達能力を得るために、ナノ流体 (NF) よりもかなり大きな指数熱を持つ新しいハイブリッドナノ流体 (HNF) が使用されています。 HNF は NF よりも熱指数が高く、通常の流体の HT 容量を増やすために使用されています。ベース流体に混合された 2 要素のナノ粒子が HNF を構成します。この研究では、滑らかな表面における HNF の流れと HT の特徴を調査します。その結果、幾何モデルは対称性を利用して説明される。この技術には、ナノ粒子形状係数、磁気流体力学 (MHD)、多孔質媒体、カッタネオ・クリストフ、および熱放射熱流束効果が含まれます。支配方程式は、Galerkin 有限要素法 (FEM) として知られる方法を使用して数値的に解決されます。この研究では、H2O-水を鉄の粘性のある不適当な流体として利用し、HNF を調査しました。この流体には銅 (Co) およびチタン合金 (Ti6Al4V) のナノ粒子が含まれています。このような流体（Ti6Al4V-Co/H2O）のHTレベルは、通常のCo-H2O NFと比較して着実に増加しており、これはこの研究からの重要な発見です。ナノ粒子を含めることで、ナノ流体の流れの安定化が促進され、流れの形状の対称性が維持されます。熱伝導率は境界層状の層で最も高く、球状のナノ粒子で最も低くなります。システムのエントロピーは、分数サイズによる比率、放射特性、熱伝導率の変化という 3 つの特性によって増加します。この検査の主な用途は、歯科および整形外科の埋め込み型デバイス、ねじやプレートなどの他のデバイスのような生物学的および医療的実装です。これらのデバイスは、優れた生体材料、耐食性と摩耗、優れた機械的耐久性などの一連の好ましい特性を備えているためです。特徴。

ナノ流体 (NF) は、製造、商業、住宅の状況における現在のシステムの能力と有効性を高めるための潜在的な異なる流体ソリューションとして考えられています。熱システム効率の向上には、環境への影響の減少、エネルギー使用量の削減、価格の低下など、数多くの利点があります。現在のシステムで使用する NF の適切性は、最近、持続可能性のアプローチを利用することによって、コストと環境への影響の観点から評価されています。熱研究はその最も重要な用途の 1 つです。地球環境にとって熱システムのエネルギー消費は不可欠です。さまざまな資源の利用、生産される液体、プロセスの提案、クリーンエネルギー構築のための新しい情報の統合など、これらの要素に基づいて熱システムのパフォーマンスが向上することがいくつかの文献で示されており、最適な説明が得られます。サーマルコンバータの熱表面積を増やして現在のパフォーマンスを回復することは、最も研究されている解決策の 1 つです。ただし、この変更により材料が蓄積し、製造コストが増加します。長期的な技術開発を確実にするために、Bretado et al.1 は、熱用途における NF の拡大を強調し、その利点と機会ゾーンのレビューを提供しました。廃熱回収は、エネルギー損失を熱、仕事、または電力として回収しようとするもので、Olabi et al.2 によって研究されました。彼らは、NF は最近開発された高性能熱伝達流体であると主張しています。 Wang et al.3 によって特定された 3 つの重要な要素は、ヒートパイプでのモノラル NF およびハイブリッド NF の使用に影響を与えます。粘稠度、熱伝導率、粘度。熱伝達の増大または抑制の応用と、さまざまなヒートパイプカテゴリでの NF の使用について説明します。機械学習は、NF (熱伝導率と動粘度) および NF チャージされたヒートパイプのコンテキストで検討されます。 NF の熱特性の現在の開発と、NF 医療から再生可能エネルギーに至るまでのさまざまな工学分野での応用が Eid4 によって調査されました。後者では、柔軟性と推進力に大きな進歩が見られ、軍事およびシールド技術に影響を与えています。その結果、宇宙研究、太陽エネルギー、NF医学、温度交換器、ヒートパイプ、電子機器の冷凍などの特殊なNFアプリケーションが研究され、利用できるようになりました。 Gupta et al.5 は、太陽熱集熱器における NF の現在の進歩と、それが今日どのように使用されているかを調査しました。彼らは、高い熱伝導率などの優れた熱物理的特性を備えたプレミアム伝熱流体を使用することが、太陽エネルギーシステムの性能を向上させる最も効率的な方法であり、NF がそのための最良の選択肢であることを発見しました。 Salilih et al.6 によると、NF の使用により凝縮器から出る液体の熱が減少し、太陽光発電計画の効率が向上しました。

Jana et al.7 は主に、ベース NF 内に個別の複数の NF を懸濁することによって作成される現代の NF クラスであるハイブリッドナノ流体 (HNF) について取り上げました。予想外なことに、熱特性は、ベース液体中にすでに存在する酸化物または金属の NF 内に少量の金属ナノチューブまたはナノ粒子を生成することによって向上する可能性があります。熱伝導率の向上、安定性、HT の補正、各懸濁液のプラスの効果、ナノマテリアルの組み合わせによる影響は、HNF の利点のほんの一部にすぎません。 NF よりも運用効率が高い HNF は、溶接、防衛、温度パイプ、生物医学、ボート、スペースプレーンなど、ほぼすべての HT アプリケーションで使用されています。その他の用途には、発電機の凍結、機械加工における冷却剤、熱容量、電子冷却、家庭での再加熱および冷却、車両の熱管理またはモーターの凍結、近代化装置の凍結、原子構造の凍結、冷凍、薬剤の節約、および車両の熱管理またはモーターの凍結が含まれます。これらの優れた特性により、日常生活における HT の困難に関連して研究者の注目が HNF に集まりました。 Khan et al.8 は、関連する磁場と非線形放射によって達成される多数の HNF の流れにおける HT と摩擦抵抗の比例的な研究を発表しました。 Xiongら9は、太陽エネルギー収集器におけるHNFの応用を検討した。一方、Yaseen et al.10 は、HT における HNF の役割を検討しました。 Sathyamurthy et al.11 は、HNF を利用した太陽光発電ボードの凍結に関する実験的研究を文書化しました。 Bakhtiari ら 12 は安定した HNF を提示し、HT との新たな関連性を前進させました。 Xuan et al.13 は、三元系 HNF の熱経済的表現と同情性検査を研究しました。 Said et al.14 は、HNF を利用した HT、エントロピー生成、および線形フレネル指標の経済的および生態学的調査をまとめました。 Jamshed et al.15 は、HNF に基づく Cattaneo-Christov 熱流束モデル (CCHFM) の計算設定の取り組みを導入しました。 Ma et al.16 は、HNF および HT 所有権のレオロジー性能に対する界面活性剤の影響を検討しました。 Chu et al.17 は、原子の形を持った 2 つの無限の対応するプラッター間の HNF の流れを利用した磁気流体力学の研究をモデル化しました。 sirin18 は、HNF 創傷設定の回転におけるサーメット装置の提示を調査しました。 Jamei et al.19 は、電流ダイナミズムの応用のための HNF の厚さを推定しました。 Bilal et al.20 は、微小通路上で変性電気浸透圧 EMHD HNF を使用しました。

多孔質媒体モデル (PMM) は、多孔質材料として認識されることが多く、細孔 (真空) を含むモデルです。「マトリックス」または「フレーム」とは、生地の薄い部分を指します。通常、流体（流体またはヒューム）が細孔に注入されます。スケルトンファブリックは通常固体ですが、フォームを含むシステムは多孔質メディアモデル (PMM) の認識を享受できる場合があります。 Jamshed et al.21 は、太陽熱の応用として接線 HNF を結合するソーラー航空機に PMM を使用しました。 Shahzad et al.22 は、HNF の PMM を使用した HT の比較数学的研究を定式化しました。 Parvin et al.23 は、PMM 上の HNF の 2D マグネト二重拡散対流の数値伝導を発表しました。 Faisal ら 24 は、PMM よりも HNF を利用した太陽熱温水ポンプの熱効率が向上することを示しました。 Banerjee と Paul25 は、PM 燃焼の応用に関する最新の研究と開発をレビューしました。 Zou et al.26 は、ペブルベッドデバイスの PM モデルで石の熱の明示的なシステムをモデル化しました。 Lee et al.27 は、応力ドリップ寸法による PMM の実証を提案しました。 Talbi et al.28 は、対流モデル上の PMM に基づいて、変動杭の縦方向の振動に対する解を分析しました。

Alizadeh et al.29 は、PMM における HNF の流れの形而上学構造 HT における転移および熱力学的手法を計算するための技術を研究する装置を考慮しました。 Rashed et al.30 は、不均一な PMM で満たされたエンクロージャ内の 3 次元対流に対して不均一な HNF を推奨しました。導電性液体の磁気的な外観と挙動の研究は、磁気流体力学 (MHD) として知られています。プラズマ、溶融金属、塩水、電解質は MHD の例です。最近、この設定を HNF で実際に使用する研究が数多く登場しています。 Alghamdi et al.31 は、血液動脈上の薬剤を取り囲む MHD HNF の流れを利用しました。 Zainal ら 32 は、MHD HNF が二次速度で拡張/縮小するペイン上を流れることを分析しました。 Abbas et al.33 は、非線形に伸びる円筒上での HNF の流れの動機付けられた MHD の不適切な研究をモデル化しました。 Waqas et al.34 は、MHD が回転ディスク上に放射する HNF の流れの影響を受けました。 Shoaib et al.35 は、Lobatto 法を使用して、ジュール再加熱および粘性縮退による熱電気の入射における回転ディスク上の 3 次元 MHD HNF の数値検査を提供しました。 Tian ら 36 は、スライドおよび滑り止めフロートを備えた MHD HNF のヒートシンク性能について、フィンとその所有物の 2D および 3D 形状を調査しました。 Gul ら 37 は、Cattaneo-Christov 熱流束と自己触媒性の生化学反応により MHD HNF フロート内に衝突したいくつかのスライドを研究しました。 Ashwinkumar et al.38 は、MHD HNF における HT が 2 つの異なる幾何学形状にわたって流れると考えました。 Abderrahmane ら 39 は、3D 回転チューブ内での HT およびエントロピー生成による MHD HNF を定式化しました。 Salmi et al.40 は、不完全にイオン化した MHD HNF における非フーリエ熱と物質移動の数値例を研究しました。

指数関数的に引き伸ばされたシートから生じる粘弾性フロート内の熱伝達は、Cattaneo-Christov 温熱流束モデル (CCHFM) によって定義されます。この研究の主な要因は次のように要約できます。粘性流体に関連すると、粘弾性流体内の流体力学的境界層はより薄くなります。 Venkata et al.41 は、非線形の過拡張流れ上の傾斜 MHD での CCHFM を検討しました。 Haneef et al.42 は、物質移動に伴う HNF レオロジー液体の CCHFM と HT を利用しました。 Yahya et al.43 は、対流境界を持つ拡張表面層によって生成される Williamson Sutterby NF 輸送に CCHFM を採用しました。 Eswaramoorthi ら 44 は、非線形熱エネルギーによるプレートの 3D プラウに CCHFM を使用しました。 Tahir et al.45 は、CCHFM の誘導により粘性 NF 流の現在の出現を増強しました。 Ali et al.46 は、スライド機構を備えた回転ディスクによるさまざまな対流用の CCHFM を提案しました。 Ullah et al.47 は、CCHFM を適用して、影響を受けた一時的な HNF での融解と開始エネルギーの発生を読み取るための数値的態度を提案しました。 Zuhraら48は、Lavenberg-Marquard逆伝播ニューラルネットワークによるCCHFM HNFの数値解析を行った。 Sadiq ら 49 は、CCHFM を理由に HT をモデル化しました。 Vinodkumar ら 50 は、PMM の拡張スリップを介して MHD の流れに影響を与える CCHFM HNF を結合しました。

滑りなし条件は、固体表面上の流体について認識されている境界条件です。 Navier51 によって提案された滑り境界条件 (SBC) は、滑り速度とクリップ応力を比較する条件です。 Alzahrani ら 52 は、SBC をテーマとして、HT 面内壁に対する熱汚染の影響を研究しました。 Pérez-Salas ら 53 は、SBC を備えたファン・ティエン・タナーの流体の流れに関するおおよその分析結果を発表しました。 Wang et al.54 は、境界格子ボルツマン法によって SBC の問題を解決しました。 Arif et al.55 は、潤滑剤の非ニュートンレオロジーの SBC を分析しました。 Dhifaoui56 は、SBC を使用した外部静的ストークス方程式の弱い解を示しました。 Zeb et al.57 は、伸びている滑り上の非ニュートン磁性流体に関する SBC を提案しました。流れモデルにおける滑り速度の問題を調査した研究は数多くあります58、59、60。流体の動きと温度に対するこの影響を明らかにするのに顕著な効果をもたらしました。

これは、主に完全に文献に基づいて、温度が上昇するため、可変の熱伝導率を持つ放射された Casson HNF の流れと熱伝達内の馴染みの穴を埋めるという目的を考察します。 Tiwari および Das NF バージョンを使用して、NF フローを数学的にバージョン管理できます。この研究では銅 (Cu) とチタン合金 (Ti6Al4V) の 2 種類の HNF が使用されます。この研究で使用された HNF のエントロピー生成データは、プロセスへの影響を特定するために分析されました。 HNF の支配方程式は、適切な類似度変換を使用して ODE に変換されます。 ODE が作成され、Galerkin 有限要素法 (FEM) を利用して、適切な支配パラメータ値を使用して数値的に解析されます。追加の説明を加えて、数値をグラフで表します。この研究では、粒子の形状、熱放射流、滑りやすい速度、対流滑り境界の制限の影響が調査されます。

x 経路の流体の流れを横切るカッタネオ・クリストフ熱流束の特性を調べる、伸縮可能な表面上の磁化ハイブリッドナノ液体の 2D 定常対称流れを考えてみましょう。 xy 座標系は、図に示すように、x 軸が流れの経路に沿っており、y 軸が流れに対して垂直であり、伸縮速度 \({U}_{w}=qx\) でとられています。図 1. 強力な \({B}_{0}\) が印加される磁場。さらに、 \({\mathrm{\yen }}_{w}\left(x,0\right)={\mathrm{\yen }}_{\infty }+{q}^{*} x,\ ) は切断された表面温度です。便宜上、\(x=0\) で一貫しているものとして示しています。ここでは \(q,\) \({q}^{*},\) \({\mathrm{\yen }}_{w}\) と \({\mathrm{\yen }}_{\infty) }\) 独自の成長速度、温度変化のペース、地表温度に対処し、個別に対応します。

フローモデルの説明。

基本的な (幾何学的) 曲線プロトタイプを図 1 に示します。

次の規格は、要件とともに、流れの枠組みに関連しています: 2 次元層流定常流、相流モデル、HNF、透過性媒体、MHD、粘性散逸、熱放射熱流束、カッタネオ・クリストフ熱流束、ジュール発熱、多孔性の細長い表面。

提案された仮定を考慮して、ハイブリッドナノ流体の流れの支配方程式と関連する境界条件が 61 に示されています。

Jamshed et al.21 は、関連する境界制約を与えました。

\({\Lambda}_{1}(x,0)={U}_{w}+{N}_{\Lambda}{({\Lambda}_{1})}_{y}, { \Lambda}_{2}(x,0)={V}_{\Lambda}, -{k}_{\Lambda}\left({\mathrm{\yen}}_{\mathrm{y}} \right)={h}_{\Lambda}({\mathrm{\yen}}_{w}-\mathrm{\yen}\))

ここで、流速 (\(\overleftarrow{\Lambda }=[{\Lambda }_{1}(x,y),{\Lambda }_{2}(x,y),0]\))、温度(\(\mathrm{\yen }\))、磁場の強さ (\(B\))、気孔率 (\(k\))、熱放射 (\({q}_{r}\))、熱緩和時間 \(\left(\Upsilon\right),\) すべり長さ (\({N}_{\Lambda }\))、熱伝達係数 \(\left({h}_{\Lambda }\right) )、\) 表面透磁率 \({(V}_{\Gamma })、\) 表面の熱伝導率 (\({k}_{\Omega }\))。

表 1 の方程式は、材料の NF 変数と HNF 変数をまとめたものです62、63、64。

ここで、ナノサイズ粒子の体積分率 (\(\phi\))、流体と密度 \(({\rho }_{f }\& {\rho }_{s})\)、流体と粒子の熱容量\((({C}_{p}{)}_{f} \& \left({C}_{p}{)}_{s}\right),\) 流体と粒子の熱伝導率 \( \left({\kappa }_{f} \& {\kappa }_{s}\right),\) ハイブリッドナノサイズ粒子の体積分率 (\({\phi }_{hnf}={\phi } _{Co}+{\phi }_{TA}\))、ハイブリッドナノ液体の粘度 \(({\mu }_{hnf})\)、ハイブリッドナノ液体の密度 \(({\rho }_ {hnf})\)、ハイブリッドナノ液体の熱容量 \((\rho ({C}_{p}{)}_{hnf})\)、ハイブリッドナノ液体の熱コンダクタンス \(\left({\kappa }_{hnf}\右)。\)

さらに、\({\rho }_{{p}_{1}}\)、\({\rho }_{{p}_{2}}\)、\(({C}_{p} {)}_{{p}_{1}}\)、\(({C}_{p}{)}_{{p}_{2}}\)、\({\kappa }_{ {p}_{1}}\) と \({\kappa }_{{p}_{2}}\) は、ナノ分子の密度、比熱容量、熱伝導率です。

分析の表 2 (65、66、67) では、水の一次流体の実質的な特徴が説明されています。

Rosseland68 によって与えられた放射束の式が式 (5) に適用されます。

ここで、 \({\sigma }^{*}\) はステファン・ボルツマン定数を表し、 \({k}^{*}\) はレートを表します。

式 (2) ～ (4) は、類似度の変化で示されるように、管理された PDE を ODE に変換する BVP です。数式のストリーム関数は次のとおりです。

指定された類似量は次のとおりです。

等式に変換します。 (2)～(4)。我々が得る

と

式 (2) は正確に確認されます。以前は、記号 \({^{\prime}}\) は \(\gamma\) に関する導関数を示すために存在していました (表 3) を参照してください。

ここで、\({R}_{1}{, R}_{2}, {R}_{3}\)、\({R}_{4}\) および \({R}_{5} \) を表 4 に示します。

無次元の皮膚摩擦 \(({C}_{f})\)、ヌッセルト数 \((N{u}_{x})\) およびエントロピー生成 \(\left({N}_{g }\right)\) 式は次のように仮定されます。

ここで \({C}_{f}\) は抗力の係数を表します。 \(R{e}_{x}=\frac{{u}_{w}x}{{\nu }_{f}}\) は、伸長速度 \({ u}_{w}(x)\)。さらに、R_Γ はレイノルズ値、B_Γ はブリンクマン値、および無次元温度微分を示します。

本システムの対応する境界制約は、FEM を使用して計算的にシミュレートされました。 FEM は、目的の領域をコンポーネント (有限) に分割することに基づいています。 FEM69 についてはこのセクションで説明します。有限要素法のフローチャートを図 2 に示します。この手法を使用して、数値流体力学 (CFD) の多くの問題が解決されてきました。そうすることの利点については、以下で詳しく説明します。

G-FEMのフローチャート。

弱い形式は強い形式 (記述された ODE) から導出され、残差が計算されます。

弱い形状を実現するには、形状関数を線形に取得し、FEM を使用します。

アセンブリ方法を使用して剛性コンポーネントを構築し、グローバル剛性マトリックスが作成されます。

Picard 線形化手法を使用して、代数フレームワーク (非線形方程式) が生成されます。

代数方程式は、10(-5) (スーパーコンピューティング許容値) までの適切な停止基準を利用してシミュレートされます。

さらに、ガラーキン有限要素法のフローチャートを図 2 に示します。

計算手法の妥当性を評価するために、既存の手法による熱伝達係数が以前の研究で裏付けられた結果と比較されました70。表 5 は、現在の研究の結果と以前の研究の結果の比較を示しています。最近の調査結果は同等であり、驚くほど正確です。

このセクションでは、速度滑りパラメータ \(({\chi }_{\Lambda })\)、熱放射パラメータ \(\left({N}_{\alpha) など、いくつかの主要な物理パラメータの影響を詳しく説明します。 }\right)\)、ビオット数 \(\left( {B}_{\Lambda }\right)\)、体積分率パラメータ \(\left(\phi , {\phi }_{hnf}\right) 、\) 多孔質媒体パラメータ \(\left({P}_{b}\right)、\) エッカート数 \(\left({E}_{\alpha }\right)\)、およびブリンクマン数 \( \left({B}_{\Gamma }\right)\) 温度 \(\left(\theta \left(\lambda \right)\right),\) 速度 (f'(λ)) とエントロピー生成\(\left({N}_{G}\left(\lambda \right)\right)\) フィールド。ナノ流体粒子 Cu および Ti6Al4V は水で構成されています。実線と破線はそれぞれ Co-H2O と Ti6Al4V-Co/H2O についてプロットされています。

図 3a ～ c は、透過性パラメータ (\({P}_{b}\)) がハイブリッドナノ流体の流れ、温度、エントロピー分布にどのように影響するかを示しています。図3aに見られるように、透過性パラメータ（\({P}_{b}\)）は流れの分布に影響を与えます。ハイブリッド非液体流路が多孔質材料に入り、それに沿って速度を引き出すと、板状の表面が作成されます。空隙率が十分に成長するため、ナノ粒子の衝突が極めて少なくなり、熱出力が少なくなります。粘度は浮力を調整することで流量を減少させます。逆の応答を図に示します。図 3b に示すように、密度が増加すると流れの温度が上昇します。図 3c は、NG と (\({P}_{b}\)) のエントロピー生成を示しています。この場合、（ＮＧ）の表面値は大きくなるが、（Ｐｂ）の値は表面から離れるにつれて減少する。地表での大きな温度差により、エントロピーが増加します。したがって、多孔質媒体の高い透過率は、産業上の応用においてスピンコーティングの流れパラメータを変更するための技術を提供する可能性がある。また、透過性の向上と細孔空間の拡大により、ナノ粒子の析出が促進され、シート表面の摩擦が減少すると考えられています。図 4a ～図 4c は、流速、温度場、エントロピーがナノ分子サイズの感度にどのように影響するかを示しています。 Tiwari-Das モデルの作成の結果、体積分率に影響を与える 5 つのナノ流体係数が表 4 に示されています。ナノ粒子の体積比率が上昇すると、流体の速度は低下します（図4a）。これらの流れは、速度の低下に伴う磁気粘度の増加によって妨げられます。ナノ粒子の体積分率が大きいほど、温度はより速く上昇します。ハイブリッドナノ粒子と従来の流体 - 固体懸濁液ナノ粒子間の熱伝達が向上するため、流体 - 固体懸濁液システム内の流体結合力が減少します。流れの分布によれば、ナノ流体材料は高い伝導率と対流熱伝達を示します。したがって、ナノ流体の熱伝達は、現代の最も重要な産業および技術の進歩の原動力となっています。したがって、図 4b の熱改善が裏付けられます。弾道衝撃による熱境界膨張を促進するためにナノ粒子が追加され、熱伝導と液体の粘度が向上します。 Ti6Al4V-Co/H2O ナノ粒子と比較すると、Co-H2O ナノ粒子は、調査したベース流体内の熱輸送を制御します。図4cは、エントロピー生成に対するナノマテリアル項の変化の結果を示しています。体積パーセンテージを増やして歪み壁に近づくと、曲線の挙動に明らかな違いが見られました。総体積分率パラメーターは、ハイブリッドナノ流体ゾーンでの熱伝達の高速化とエントロピー生成の強化により増加しました。速度滑りパラメータ (\({\chi }_{\Lambda }\)) は、図 5a ～ c の速度、温度、エントロピー形成に影響を与えます。ナノ流体における典型的なハイブリッド運動量分布を使用して、境界条件から導出されるひずみパラメータの感度を調査および評価します。液体の粘度は速度の発散に伴って二次関数的に増加するため、液体の速度は低下します (図 5a)。その結果、従来のナノ流体とハイブリッドナノ流体は、熱境界層のプロファイルが低くなります（図5b）。

(a) \({f}{^{\prime}}(\lambda )\) (b) \(\theta (\lambda )\) および (c) \({N}_{G}\)多様な \({P}_{b}\) 値。

(a) \({f}^{{\prime}}(\lambda )\) (b) \(\theta (\lambda )\) および (c) \({N}_{G}\)多様な \(\phi\) 値と \({\phi }_{hnf}\) 値。

(a) \({f}^{{\prime}}(\lambda )\) (b) \(\theta (\lambda )\) および (c) \({N}_{G}\)多様な \({\chi }_{\Lambda }\) 値。

壁速度パラメータに大きな滑り速度値がある場合でも、分子拡散による衝突が制限されます。より多くのナノ粒子をさまざまな媒体に添加すると、熱対流、拡散、動粘度の同時効果が関係します。図5cでは、NGは生成されるエントロピーの種類からの逸脱として示されています。プレート全体にわたる (\({\chi }_{\Lambda }\)) の修飾は、プレートから離れているため影響を受けません (強力な減少)。これは、NG と (\({ \chi }_{\Lambda }\))。速度実装内部の滑り状態により、エントロピーは、エントロピー生成の独創的な削減を示唆しています。次元的に不活性な放射パラメータ (\({N}_{\alpha }\)) は、図 6a の温度弧のさまざまな値で示されています。流れの温度プロファイルを高めるには、放射パラメータ (\({N}_{\alpha }\)) を強化する必要があります。 (\({N}_{\alpha }\)) が上昇すると、ナノ流体の温度が上昇します。熱放射パラメータの方が重要ですが、放射束は依然としてプロセスに熱エネルギーを提供します。境界層はこの温度によって維持されます。 Ti6Al4V-Co/H2Oハイブリッドナノ流体とCo-H2Oナノ流体をエントロピー生成の影響とともに図6bに示します。図 6b は、両方のナノ流体の放射パラメータ (\({N}_{\alpha }\)) の流体力学も示しています。見てわかるように、放射パラメータ (\({N}_{\alpha }\)) の異なる価数がエントロピー生成を促進します。したがって、放射パラメータは、延伸多孔質デバイスのエントロピー分布に大きな影響を与えます。図 7a は、さまざまなビオ数 (\({B}_{\Lambda }\)) の熱挙動を示しています。 Co-H2O および Ti6Al4V-Co/H2O ナノ粒子の線形応答は増加すると予測されます (\({B}_{\Lambda }\))。体温が通常均一であることを示す熱的薄い状態では、低いビオ数 (\({B}_{\Lambda }\)) が (ナノポリマー表面上で) 顕著になります。より高い (\({B}_{\Lambda }\)) 値は、不規則な温度領域を持つ高密度の熱パッチを示します。図 7a は、ビオ数 (\({B}_{\Lambda }\)) の値が増加したときに NG がどのように動作するかを示しています。図 7b に見られるように、表面分散の着実な増加は、表面から徐々に離れるほど敏感ではありません。 H. ストレッチエリアの壁に沿った、小さいながらも顕著なエスカレーション。 (\({B}_{\Lambda }\)) 進化がプレートから遠ざかると、エントロピー生成が減少します。グラフから、NG は表面や小さな変化に非常に敏感であることがわかります。両方の種類のナノ流体について、レイノルズ数（\({R}_{\Gamma }\)）の関数としてのエントロピー生成プロファイルが図8aに表示されます。より良い (\({R}_{\Gamma }\)) はエントロピーに影響を与えることがわかっています。摩擦効果が逆転して (\({R}_{\Gamma }\)) が増加すると、エントロピースケッチはより適切になります。図 8b の NG 値と \({B}_{\Gamma }\) の値の差は、ブリンクマン数 (\({B}_{\Gamma }\)) が増加するにつれてエントロピー生成が増加することを示しています。ブリンクマン数 (\({B}_{\Gamma }\)) は、結果としての液体の悪影響を研究するために作成されました。ブリンクマン数 (\({B}_{\Gamma }\)) によれば、エントロピーの生成に主に寄与するのは摩擦です。この結果は、Ti6Al4V-Co/H2O ナノ粒子のレイノルズ数とブリンクマン数が Co-H2O ナノ粒子よりも実質的に高いことを示しています。

(a) \(\theta (\lambda )\) と (b) \({N}_{G}\) は多様な \({N}_{\alpha }\) 値を持ちます。

(a) \(\theta (\lambda )\) と (b) 多様な \({B}_{\Lambda }\) 値を持つ \({N}_{G}\)。

(a) \({R}_{\Gamma }\) に関するエントロピーの変化 (b) \({B}_{\Gamma }\) に関するエントロピーの変化。

表 6 は、問題を数値的に再現する際に現れるさまざまな無次元因子の制御を表示するように計画されています。

滑り境界条件と対流境界条件にさらされた伸縮シートを横切る導電性ニュートンハイブリッドナノ流体におけるエントロピーの生成、不可逆性伝播、流体の流れ、熱伝達はすべて、現在の研究で定量的に説明されています。固体体積分率は、Co-H2O および Ti6Al4V-Co/H2O ナノ粒子の Tiwari と Das のナノ流体モデルの修正バージョンを使用して調査されました。無次元境界層分布の物理的挙動に関するグラフィック分析と広範な議論により、固有の要因がそれらにどのように影響するかを示します。したがって、現在の分析から、下記の結論が得られます。

遠い流れに沿って、速度場は、空隙率 \(({P}_{b})\)、体積分率 \((\phi , {\phi }_{hnf}),\) および速度の上昇によって減少します。スリップ \(({\chi }_{\Lambda })\)。

温度分布はほとんどの物理量の影響を受けるため、ナノ流体の熱交換率が高いことがわかります。この特性は、スピンコーティングプロセス中の温度制御に役立ちます。

空隙率項 \(({P}_{b})\)、体積分率 \((\phi , {\phi }_{hnf})\) および放射パラメータ \(({N}_) に対するエントロピープロファイル{\alpha })\)、ビオット数 \(({B}_{\Lambda })\) は二重の動作を調査します。

空隙率および体積分率のヌッセルト数係数と比較して、Co-H2O ナノ流体および Ti6Al4V-Co/H2O ハイブリッドナノ流体の摩擦力係数の顕著な変化が見られます。

FEM は将来、さまざまな物理的および技術的な課題に適用される可能性があります 71,72,73,74,75,76。

この研究中に生成または分析されたすべてのデータは、この公開記事に含まれています。

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この研究は DSR, KFUPM から助成金番号 SB201001 によって資金提供を受け、APC は上記の助成金を通じて DSR, KFUPM から資金提供を受けました。

サウジアラビア、ダーランのキング・ファハド石油鉱物資源大学総合研究学部、PYP-数学

ムハンマド・アメル・クレシ

サウジアラビア、ダーランのキング・ファハド石油鉱物資源大学、水素・エネルギー貯蔵学際研究センター

ムハンマド・アメル・クレシ

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MAQ が問題を定式化しました。 MAQ は問題を解決しました。 MAQ は結果を計算して精査しました。

ムハンマド・アメル・クレーシ氏への通信。

著者は競合する利害関係を宣言していません。

シュプリンガーネイチャーは、発行された地図および所属機関における管轄権の主張に関して中立を保ちます。

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転載と許可

マサチューセッツ州クレシ有限要素法を使用したカッタネオ・クリストフ熱流束モデルの電磁ハイブリッドナノ流体の不可逆性解析。 Sci Rep 13、4288 (2023)。 https://doi.org/10.1038/s41598-023-31445-7

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受信日: 2022 年 11 月 8 日

受理日: 2023 年 3 月 11 日

公開日: 2023 年 3 月 15 日

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-31445-7

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