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

Scientific Reports volume 12, Artigo número: 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 fluxo tridimensional de fluido com alta viscosidade em um disco giratório que é esticado 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, através da imposição de limites a partir das condições de contorno. A literatura já cobriu o alongamento linear, mas esta é a primeira discussão sobre o alongamento da lei de potência. O diferencial parcial governante é transformado em um sistema de equações diferenciais ordinárias usando transformações de similaridade adicionais, que são então tratadas numericamente. Os resultados são apresentados para híbrido alumina-cobre/etilenoglicol (\({\text{Al}}_{2} {\text{O}}_{3} - {\text{Cu}}/{\text{ EG}}\)) nanofluido. As descobertas calculadas são novas e constatou-se que concordam muito bem com as da literatura anterior extensa. 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 numerosos 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 analisar este modelo para produzir resultados analíticos e numéricos para uma melhor compreensão do comportamento do fluido causado pela rotação dos discos. Von Karman1 propôs pela primeira vez o uso de transformações de similaridade para mudar 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 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 tem utilização significativa no setor manufatureiro, principalmente 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 ampliada para incluir três dimensões por Wang9. Usando o Método de Análise de 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 alongado. Pesquisa recente sobre o fluxo entre dois discos extensores foi conduzida por Fang e Zhang12. Mais recentemente, Turkyilmazoglu13 examinou os efeitos combinados da magnetohidrodinâmica em discos esticados radialmente. Notamos que as velocidades de alongamento radial linear foram o foco de toda esta pesquisa. O estiramento da folha nem sempre pode ser linear em circunstâncias práticas, segundo Gupta e Gupta14.