Transferência de calor e fluxo de ferrofluido híbrido sobre um disco rotativo extensível não linear sob a influência de um campo magnético alternado

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 17548 (2022) Citar este artigo

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Sob a influência de um campo magnético alternado, o fluxo e a transferência de calor de um fluxo de ferrofluido sobre um disco giratório flexível são examinados. O fluxo é dificultado pelo campo magnético externo, que depende da frequência do campo magnético alternado. O presente trabalho examina a transferência de calor e o escoamento tridimensional de um fluido com alta viscosidade em um disco giratório que é estirado na direção radial. As simetrias das equações governantes são calculadas usando a teoria dos grupos de Lie. No problema, há uma semelhança que pode ser realizada com velocidades de alongamento radial divididas em duas categorias, especificamente, linear e lei de potência, impondo limites a partir das condições de contorno. A literatura já cobriu o alongamento linear, mas esta é a primeira discussão sobre o alongamento por lei de potência. A diferencial parcial governante é transformada em um sistema de equações diferenciais ordinárias usando transformações de similaridade adicionais, que são então tratadas numericamente. Os resultados são apresentados para o híbrido alumina-cobre/etilenoglicol (\({\text{Al}}_{2} {\text{O}}_{3} - {\text{Cu}}/{\text{ EG}}\)) nanofluido. Os resultados calculados são novos e foi visto que eles concordam muito bem com os da literatura extensa anterior. Verificou-se que o fluxo de nanofluido híbrido supera o fluxo de nanofluido em termos de número de Nusselt ou taxa de transferência de calor. A transmissão de calor no fluido é reduzida à medida que o número de Prandtl aumenta. A transferência de calor aumenta à medida que a intensidade do campo magnético adimensional \(\xi\) aumenta. Além disso, a velocidade axial e a velocidade radial diminuem à medida que a intensidade do campo magnético aumenta. À medida que o parâmetro de interação ferromagnética aumenta, a eficiência da transmissão de calor diminui. Para alongamento não linear com parâmetro de alongamento 0 < m < 1, a velocidade diminui com o aumento em m.

Numerosas aplicações do estudo do campo de fluxo causado por um disco giratório foram identificadas em vários domínios técnicos e industriais. Ventiladores, turbinas, bombas centrífugas, rotores, viscosímetros, reatores de disco giratório e outros corpos rotativos são apenas alguns exemplos de aplicações reais para rotação de disco. O estudo de um fluido viscoso incompressível através de um disco plano infinito girando com uma velocidade rotacional uniforme foi introduzido pela primeira vez no renomado artigo de Von Karman1, que estabeleceu a história dos fluxos de discos rotativos. Numerosos pesquisadores continuam a olhar para este modelo para produzir resultados analíticos e numéricos para uma melhor compreensão do comportamento do fluido causado por discos rotativos. Von Karman1 propôs pela primeira vez o uso de transformações de similaridade para alterar as equações governantes de Navier Stokes para fluxo axissimétrico em um conjunto de equações diferenciais ordinárias não lineares vinculadas, e Cochran2 então relatou as descobertas numéricas para essas equações. Os efeitos do transporte de calor sobre um disco giratório a uma temperatura constante foram examinados por Millsaps e Pohlhausen3. Para grandes números de Prandtl, Awad4 forneceu um modelo assintótico para investigar os fenômenos de transporte de calor sobre um disco giratório. O fluxo causado por superfícies esticadas encontra uso significativo no setor de manufatura, particularmente na extrusão de metais e polímeros5,6,7. Crane8 forneceu a solução analítica precisa para o alongamento linear constante de uma superfície. Esta edição foi expandida para incluir três dimensões por Wang9. Usando o Método de Análise Homotopia, Rashidi e Pour10 descobriram soluções analíticas aproximadas para o fluxo e transmissão de calor sobre uma folha esticada. Fang11 foi o primeiro a sugerir o fluxo constante sobre o disco giratório e esticado. Pesquisas recentes sobre o fluxo entre dois discos extensores foram conduzidas por Fang e Zhang12. Mais recentemente, Turkyilmazoglu13 examinou os efeitos combinados da magnetohidrodinâmica em discos esticados radialmente. Notamos que as velocidades lineares de alongamento radial foram o foco de toda esta pesquisa. O alongamento da chapa pode nem sempre ser linear em circunstâncias práticas, segundo Gupta e Gupta14.