Análisis numérico de magnetohidrodinámica Flujo de nanofluidos Casson con energía de activación, corriente de Hall y radiación térmica

Scientific Reports volumen 13, Número de artículo: 4021 (2023) Citar este artículo

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En este estudio, analizamos el comportamiento de transferencia de flujo, calor y masa del nanofluido Casson más allá de una superficie que se estira exponencialmente bajo el impacto de la energía de activación, la corriente de Hall, la radiación térmica, la fuente/sumidero de calor, el movimiento browniano y la termoforesis. El campo magnético transversal con el supuesto de un número de Reynolds pequeño se implementa verticalmente. Las ecuaciones diferenciales no lineales parciales que rigen la transferencia de flujo, calor y masa se transforman en ecuaciones diferenciales ordinarias mediante el uso de la transformación de similitud y se resuelven numéricamente mediante el paquete Matlab bvp4c. El impacto de cada parámetro de corriente de Hall, parámetro de radiación térmica, parámetro de fuente/sumidero de calor, parámetro de movimiento browniano, número de Prandtl, parámetro de termoforesis y parámetro magnético sobre la velocidad, la concentración y la temperatura se analiza a través de gráficos. El coeficiente de fricción superficial a lo largo de las direcciones x y z, el número de Nusselt local y el número de Sherwood se calculan numéricamente para observar el comportamiento interno de los parámetros emergentes. Se atestigua que la velocidad del flujo es una función decreciente del parámetro de radiación térmica y el comportamiento se ha observado en el caso del parámetro de Hall. Además, los valores crecientes del parámetro de movimiento browniano reducen el perfil de concentración de nanopartículas.

La teoría de fluidos no newtoniana está siendo ampliamente adoptada en vista de sus características aplicables. Un fluido no newtoniano ejerce relaciones no lineales entre el esfuerzo cortante y la tasa de deformación cortante. En la naturaleza, un fluido no newtoniano actúa como un sólido elástico, es decir, el flujo no se produce con un esfuerzo cortante pequeño. El fluido Casson es uno de esos modelos en los fluidos newtonianos. Casson1 lo inventó por primera vez en 1959. Se basa en la estructura de la fase líquida y el comportamiento interactivo del sólido de una suspensión de dos fases. Algunos ejemplos de líquido Casson son la gelatina, la miel, la salsa de tomate y los jugos de frutas concentrados. La sangre humana también se puede tratar como un fluido de Casson en presencia de varias sustancias, como fibrinógeno, globulina en plasma de base acuosa, proteínas y glóbulos rojos humanos. Los flujos de compresión son generados por tensiones naturales o velocidades verticales de la capa límite en movimiento. Los ejemplos prácticos de flujo comprimido son la compresión, el procesamiento de polímeros y el moldeo por inyección. El fluido Casson se considera el fluido no newtoniano más popular y ocupa un papel importante en varios campos, como las operaciones de bioingeniería, las aplicaciones químicas y mecánicas. En el contexto de la mecánica de fluidos, el estudio del flujo de fluidos de Casson fue investigado por varios científicos, ingenieros, matemáticos e investigadores dependiendo de diferentes situaciones. Teniendo en cuenta los diversos parámetros sobre las propiedades de flujo del fluido Casson, muy recientemente, Seth y Bhattacharyya2 han discutido el modelado y la simulación numérica del flujo de fluido Casson de convección natural hidromagnética con reacción química de orden N y calentamiento newtoniano en medio poroso. Seth et al.3 han descubierto el flujo de fluido Casson de magnetohidrodinámica de doble difusión en un medio poroso no Darcy con calentamiento newtoniano y efectos de termodifusión. Pramanik4 resolvió el problema basándose en el flujo de fluido Casson a través de una superficie de estiramiento exponencialmente porosa en presencia de radiación térmica. Muy recientemente, Umavathi et al.5 han estudiado el flujo de nanofluidos de Casson por compresión magnetohidrodinámica entre discos paralelos calentados por convección. Arshad Khan et al.6 estudiaron la generación de entropía y el análisis térmico para el movimiento giratorio del nanofluido hidromagnético Casson al pasar por un cilindro giratorio con efecto de calentamiento Joule. Naveenkumar et al.7 han estudiado el impacto de la deposición de partículas termoforéticas en la transferencia de calor y masa a través de la dinámica del flujo de fluido Casson sobre una aguja delgada en movimiento. Alhadhrami et al.8 estudiaron la simulación numérica de los efectos de desequilibrio térmico local en el flujo y la transferencia de calor del fluido Casson no newtoniano en un medio poroso. Kanayo et al.9 revisaron Muhammad, Doble convección difusiva y efectos de difusión cruzada en fluido Casson sobre una placa de Riga impulsada por fuerza de Lorentz en un medio poroso con disipador de calor: un enfoque analítico. Jain y Parmar10 y Ganga et al.11 han examinado el flujo de deslizamiento del fluido Casson sobre una sábana estirada. Raghunath y Obulesu12 han estudiado el flujo de fluido Casson oscilatorio magnetohidrodinámico no estacionario a través de una placa porosa vertical inclinada en presencia de una reacción química con absorción de calor y efectos Soret. Raghunath et al.13 han estudiado el flujo de fluido Casson a través de una placa porosa vertical bajo la influencia de la difusión térmica y la reacción química. Recientemente, Senapati et al.14 han investigado numéricamente el flujo de nanofluidos de Casson sobre una lámina de estiramiento.

La corriente de Hall es más prominente en el valor absoluto y la orientación de la densidad de corriente y, por lo tanto, en el término de fuerza magnética. Bajo los efectos de las corrientes de Hall, el problema del flujo convectivo con campo magnético es significativo en vista de los usos de ingeniería en transformadores eléctricos, líneas de transmisión, bobinas de refrigeración, generadores de energía, aceleradores magnetohidrodinámicos, procesamiento nanotecnológico, sistemas de energía nuclear que explotan metales fluidos, control de flujo sanguíneo y elementos de calentamiento. En caso de campo magnético de alta fuerza y ​​menor densidad del gas, la investigación de flujos magnetohidrodinámicos con corriente Hall tiene las mejores utilizaciones en el estudio de aceleradores Hall y magnetohidrodinámicos de vuelo. Los flujos peristálticos tienen amplias aplicaciones bajo los efectos del campo magnético aplicado en la función magnetohidrodinámica de la sangre, el proceso de diálisis, la oxigenación y la hipotermia. La exploración de flujos de fluidos no newtonianos ha sido el foco de atención de muchos científicos debido a sus amplias aplicaciones en la industria y la ingeniería. Existen importantes aplicaciones en ingeniería de alimentos, producción de petróleo, ingeniería energética, en soluciones de polímeros y en fusión en las industrias de procesamiento de plástico. El efecto Hall juega un papel importante cuando el parámetro Hall es alto. El parámetro de Hall es la relación entre la frecuencia del ciclotrón de electrones y la frecuencia de colisión átomo-electrón. Alam et al.15 exploraron el flujo de capa límite de magnetohidrodinámica estacionaria con convección libre sobre una placa inclinada porosa con succión variable y efecto Soret en la existencia de la corriente de Hall. Eldahab16 estudió el flujo Magnetohidrodinámico convectivo libre junto con los efectos Hall a través de una lámina estirada. Thamizsudar17 analizó el impacto de la corriente de Hall y la rotación en la transferencia de calor y masa del fluido magnetohidrodinámico que fluye sobre una placa vertical acelerada exponencialmente. Ibrahim y Anbessa18 investigaron el flujo de convección mixta de nanofluidos con efecto Hall y de deslizamiento de iones utilizando el método de relajación espectral. Islam et al.19 analizaron el flujo de fluido micropolar magnetohidrodinámico inestable unidimensional con el efecto de la corriente de Hall. El segundo grado químicamente reactivo a través del espacio poroso saturado fue investigado por Raghunath et al.20 utilizando una técnica de perturbación. Raghunath et al.21 han investigado los efectos de Soret, Rotation, Hall y Ion Slip en el flujo inestable de un fluido de Jeffrey a través de un medio poroso. Raghunath y Mohanaramana22 han investigado los efectos de Hall, Soret y rotacional en el flujo rotatorio magnetohidrodinámico inestable de un fluido de segundo grado a través de un medio poroso en presencia de una reacción química y un campo magnético alineado.

La radiación térmica juega un papel importante en la disipación del calor de la superficie. Tiene aplicaciones en industrias manufactureras como helicópteros, vehículos espaciales, diseño de equipos confiables, satélites, hornos atómicos, misiles, tecnología espacial y procedimientos relacionados con alta temperatura. Jamshed et al.23 han estudiado la transferencia de calor por radiación del flujo de nanofluidos de segundo grado a través de una superficie plana porosa: un modelo matemático monofásico. Arshadkhan et al.24 revisaron el flujo de nanofluidos químicamente reactivos a través de una fina aguja en movimiento con disipación viscosa, efectos magnéticos y corriente de pasillo. Arshad khan et al.25 han revisado el movimiento de remolino radiativo del flujo de nanofluidos hidromagnéticos de Casson sobre un cilindro rotatorio utilizando el impacto de disipación de Joule. Islam et al.26 han estudiado el flujo de convección mixta radiativa de nanofluido maxwell sobre un cilindro estirado con calentamiento por joules y efectos de fuente/sumidero de calor. Khan et al.27 han discutido el flujo de nanofluidos híbridos bioconvectivos y químicamente reactivos sobre una aguja de agitación delgada con disipación viscosa.

El estudio de los parámetros de generación/absorción de calor en el fluido en movimiento es influyente a la vista de diversos problemas físicos. La generación desigual de calor juega un papel crucial en los problemas de disipación de calor. Con el desarrollo acelerado de la tecnología electrónica, el enfriamiento eficiente de los equipos electrónicos ha evolucionado para enfriar una variedad de equipos electrónicos y lo proporcionan transistores separados para mainframes y fuentes de alimentación para conmutadores telefónicos. La influencia de la generación/absorción de calor juega un papel crucial en la eficiencia térmica de los fluidos base. Su pertinencia se ve en la descarga de calor de residuos de combustible nuclear, almacenamiento de alimentos, producción de láminas de plástico y caucho, movimiento de fluidos en reactores de lecho fijo y mucho más. Recientemente, Raghunath et al.28 estudiaron los efectos de absorción de calor en geometrías de flujo disímiles. Kumar y Singh29 investigaron el impacto de la fuente/sumidero de calor en la magnetohidrodinámica del flujo convectivo natural de la capa límite laminar estable a través de una región anular concéntrica dirigida verticalmente. Bataller30 analizó la transferencia de calor, la radiación y los efectos de fuente/sumidero de calor en el fluido viscoelástico en una superficie de estiramiento. Dharmendar y Shankar31 analizan el impacto de la fuente de calor y la reacción química en el flujo magnetohidrodinámico que pasa por una placa vertical en movimiento con condiciones de superficie convectivas. Arshad Khan et al.32 estudiaron el flujo de nanofluidos micropolares bioconvectivos sobre una aguja móvil delgada sujeta a la energía de activación de Arrhenius, la disipación viscosa y la reacción química binaria. Naveen Kumar et al.33 estudiaron Estudio completo del efecto de la velocidad de deposición por difusión termoforética en la transferencia de calor y masa del flujo de fluido ferromagnético a lo largo de un cilindro de estiramiento. Punith et al.34 han explorado el impacto de la reacción química binaria y la energía de activación en la transferencia de calor y masa del flujo de la capa límite impulsado por Marangoni de un nanofluido no newtoniano. Naveed Khan et al.35 han estudiado los aspectos de transferencia de calor y masa de un nanofluido bioconvectivo transitorio de Maxwell sujeto a condiciones de contorno convectivas con superficie curva. Naveenkumar et al.36 revisaron el análisis de transferencia de calor en el flujo de fluido magnético inestable tridimensional de nanofluido híbrido ternario a base de agua que transporta tres nanopartículas de diferentes formas: un estudio comparativo. Varunkumar et al.37 expresaron la Exploración de la energía de activación de Arrhenius en el flujo de nanofluidos híbridos sobre una superficie elástica curva. Ravisha et al.38 han poseído ferroconvección penetrante en un medio poroso heterogéneo de Brinkman. Naveen Kumar et al.39 exploran el impacto del dipolo magnético en el flujo de nanofluidos radiativos sobre una lámina estirada mediante el modelo KKL. Punith Gowda et al.40 han discutido un flujo de fluido magnético tridimensional no newtoniano inducido debido al estiramiento de la superficie plana con una reacción química. Sarada et al.41 han estudiado el impacto de la forma exponencial de la generación interna de calor en el flujo de nanofluidos híbridos ternarios a base de agua mediante la capitalización del modelo de flujo de calor no Fourier. Sarada et al.42 discutieron el efecto de la magnetohidrodinámica en el comportamiento de transferencia de calor de un flujo de fluido no newtoniano sobre una lámina de estiramiento en condiciones de desequilibrio térmico local. Prasannakumara y Punith Gowda43 exploraron el análisis de transferencia de calor y masa del flujo de fluido radiativo bajo la influencia del campo magnético horizontal uniforme y la deposición de partículas termoforéticas. Refs.44,45,46 indica algunos trabajos de investigación avanzados en el campo de las ciencias de los materiales47,48,49,50,51, destaca los métodos analíticos y numéricos para abordar la ecuación diferencial altamente no lineal y los problemas de materiales en diferentes geometrías.

El presente estudio es el trabajo de extensión de Ibrahim y Anbessa18. En este estudio, analizamos el comportamiento de transferencia de flujo, calor y masa del nanofluido Casson más allá de una superficie que se estira exponencialmente en presencia de corriente de Hall, radiación térmica, movimiento browniano y termoforesis, y fuente/disipador de calor. Las ecuaciones diferenciales no lineales parciales que rigen la transferencia de flujo, calor y masa se transforman en ecuaciones diferenciales ordinarias mediante el uso de transformación de similitud y se resuelven numéricamente. Los efectos de varios parámetros gobernantes no dimensionales en los perfiles de velocidad, temperatura y concentración se discuten y presentan gráficamente. Bajo algunas condiciones especiales, los resultados del presente estudio tienen un excelente acuerdo con los estudios existentes.

Aquí, la transferencia constante de calor y masa de un flujo de nanofluido Casson hidromagnético incompresible a lo largo de una hoja de estiramiento vertical que coincide con el plano y = 0, se ha considerado en presencia de los efectos de corriente de Hall. Al mantener fijo el origen, se supone que se emplean dos fuerzas opuestas e iguales a lo largo del eje x para que la hoja se estire linealmente en dirección positiva y negativa (ver Fig. 1). Las ecuaciones de gobierno y sus correspondientes condiciones de contorno seguidas por Ibrahim y Anbessa18.

Con la suposición de que el nanofluido no newtoniano es conductor eléctrico y generador/absorbente de calor, se ha impuesto un fuerte campo magnético normal a la dirección del flujo.

Además, no se ha supuesto que se aplique ningún campo eléctrico y la frecuencia de colisión átomo-electrón también se ha considerado alta para la generación del efecto de corriente de Hall52.

Debido a la fuerte densidad de flujo magnético B0, se tiene en cuenta el efecto de corriente de Hall, sin embargo, se emplea el pequeño número de Reynolds magnético y se ignora el campo magnético inducido.

El efecto de corriente Hall es lo suficientemente fuerte como para dar lugar a una fuerza en la dirección z y se induce un flujo cruzado en la misma dirección que provoca un flujo.

Además, se supone que no hay variaciones en la transferencia de flujo, calor y masa en la dirección z. Esta suposición se puede lograr tomando la hoja de ancho infinito.

Además, se ignoran los efectos de la disipación viscosa y el calentamiento Joule.

Configuración física del problema.

Por los supuestos mencionados anteriormente y la aproximación de Boussinesq, la forma matemática del problema es

Las condiciones de contorno correspondientes para las ecuaciones diferenciales parciales gobernantes son

La aproximación de Rosseland se puede usar para el vector de flujo de calor radiativo qr porque también hay autoabsorción además de emisión para un fluido ópticamente espeso. Dado que el coeficiente de absorción suele depender de la longitud de onda y es significativo, podemos utilizar la aproximación de Rosseland. Por lo tanto, la definición de qr es35.

En esta ecuación, k* denota el coeficiente de absorción medio de Rosseland y σ1 representa la constante de Stefan-Boltzmann.

Estamos trabajando bajo el supuesto de que los cambios de temperatura dentro del flujo no son muy significativos, lo que nos permite describir T4 como una función lineal. Extendemos T′4 sobre la temperatura del flujo libre T usando la serie de Taylor, ignorando las variables de orden superior en el proceso. La siguiente es una aproximación que puede derivarse de esto:

La ecuación para la energía (3) puede obtenerse combinando las Ecs. (7) y (8), como se muestra a continuación:

La transformación de similitud utilizada para transformar las ecuaciones diferenciales parciales en ecuaciones diferenciales ordinarias adimensionales

Sustituya la ecuación. (10) en las ecuaciones. (2), (3), (5) y (9) rendimientos para obtener las siguientes ecuaciones adimensionales

Las condiciones de contorno adimensionales (BC) correlacionadas son

En las ecuaciones que no incluyen dimensiones, los parámetros importantes se definen como

El coeficiente de fricción superficial local en la dirección de x Cfx y en la dirección de z Cfz, el número de Nusselt local Nux y el número de Sherwood local Shx son las cantidades físicas relevantes que influyen en el flujo. Estos números tienen las siguientes definiciones:

donde τwx, τwy, qw y jw son la fricción de la piel de la pared, el flujo de calor de la pared y el flujo de masa de la pared, respectivamente, dados por

El coeficiente de fricción de la piel, el número de Nusselt y el número de Sherwood se expresan en sus versiones no dimensionales en términos de la variable de similitud de la siguiente manera:

El sistema ODE no lineal (11-14), susceptible a las restricciones 15, se resolvió utilizando la técnica de disparo para varios valores de los parámetros relacionados. Pudimos deducir de los gráficos que el comportamiento de las soluciones no cambia mucho cuando el valor es mayor que 8. Debido a esto, y en base a los resultados de los experimentos computacionales descritos anteriormente, estamos considerando usar el rango [ 0, 8] como el dominio del problema en lugar del rango [0,∞]. Denotamos f por y1, g por y4, θ por y6 y φ por y8 para convertir el problema del valor límite (11–15) en el siguiente problema de valor inicial que consta de 9 ecuaciones diferenciales de primer orden.

Para visualizar el efecto de varios parámetros físicos sobre los perfiles de velocidad tangencial fi(η), velocidad transversal g(η), concentración de nanopartículas φ(η) y temperatura θ(η), las Figs. 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, están trazados. En todos estos cálculos, a menos que se indique lo contrario, hemos considerado Nb = 0,3, Nt = 0,7, P r = 0,71, Le = 0,6, β = 0,5, M = 0,5, m = 0,2, Grx = 0,5, Grc = 0,5, Q = 0,5, R = 1, E = 0,5

Efecto del parámetro de campo magnético (M) sobre la velocidad tangencial f′(η).

Efecto del parámetro del campo magnético (M) sobre la velocidad transversal g(η).

Efecto del parámetro del campo magnético (M) sobre la temperatura θ(η).

Efecto del parámetro del campo magnético (M) sobre la concentración ϕ(η).

Efecto del parámetro Hall (m) sobre la velocidad tangencial f′(η).

Efecto del parámetro Hall (m) sobre la velocidad transversal g(η).

Efecto del parámetro Hall (m) sobre la temperatura θ(η).

Efecto del parámetro Hall (m) sobre la concentración ϕ(η).

Efecto del parámetro de fluido de Casson (β) sobre la velocidad tangencial f′(η).

Efecto del parámetro de fluido de Casson (β) sobre la velocidad transversal g(η).

Efecto del número de Grashof térmico (Grx) sobre la velocidad tangencial f′(η).

Efecto del número de Grashof térmico (Grx) sobre la velocidad transversal g(η).

Efecto del número de masa de Grashof (Grc) sobre la velocidad tangencial f′(η).

Efecto del número de masa de Grashof (Grc) sobre la velocidad transversal g(η).

Efecto del parámetro de radiación (R) sobre la temperatura θ(η).

Efecto del parámetro de radiación (R) sobre la concentración ϕ(η).

Efecto del parámetro de la fuente de calor (Q) sobre la temperatura θ(η).

Efecto del parámetro de la fuente de calor (Q) sobre la concentración ϕ(η).

Efecto del parámetro de movimiento browniano (Nb) sobre la temperatura θ(η).

Efecto del parámetro de movimiento browniano (Nb) sobre la concentración ϕ(η).

Efecto del parámetro de termoforesis (Nt) sobre la temperatura θ(η).

Efecto del parámetro de termoforesis (Nt) sobre la concentración ϕ(η).

Efecto del número de Lewis (Le) sobre la temperatura θ(η).

Efecto del número de Lewis (Le) sobre la concentración ϕ(η).

Efecto de la energía de activación (E) sobre la concentración ϕ(η).

Efecto de la velocidad de reacción química sobre la concentración ϕ(η).

Las Figuras 2, 3, 4, 5 muestran el efecto del parámetro magnético M en los perfiles de velocidad tangencial f'(η), velocidad transversal g(η), temperatura θ(η) y concentración φ(η), respectivamente. El perfil de velocidad f'(η) disminuye al aumentar los valores de M, el mismo comportamiento se ha observado en la velocidad transversal g(η), y los perfiles de temperatura θ(η) y concentración φ(η) aumentan a medida que aumenta M. A medida que M aumenta, aumenta una fuerza de arrastre, llamada fuerza de Lorentz. Dado que esta fuerza se opone al flujo de nanofluido, la velocidad en la dirección del flujo disminuye. Además, dado que se considera un nanofluido eléctricamente conductor con un fuerte campo magnético en la dirección ortogonal al flujo, un aumento en M aumenta la fuerza en la dirección z, lo que resulta en una disminución en el perfil de velocidad transversal g(η).

Las Figuras 6, 7, 8, 9 ilustran los impactos del parámetro de Hall m en los perfiles de velocidad tangencial fi(η), velocidad transversal g(η), concentración de nanopartículas φ(η) y temperatura θ(η), respectivamente. Se observa las Figs. 6 y 7, los perfiles de velocidad f'(η) y g(η) aumentan a medida que aumenta m. Pero, los perfiles de temperatura y concentración disminuyen con un aumento de m como se muestra en las Figs. 8 y 9. Esto se debe a que la envolvente del parámetro Hall disminuye la fuerza resistiva provocada por el campo magnético debido a su efecto de reducción de la conductividad efectiva. Por lo tanto, el componente de velocidad aumenta a medida que aumenta el parámetro de Hall.

Las figuras 10 y 11 muestran el efecto del parámetro de Casson (β) en el perfil de velocidad. Notamos que a medida que aumenta β, la velocidad y el espesor de la capa límite disminuyen. Por lo tanto, la magnitud de la velocidad es mayor en el fluido Casson en comparación con los fluidos viscosos.

En las Figs. 12, 13, 14, 15 se muestran respectivamente los efectos de los números de Grashof Gr térmico y Grashof másico Gm sobre la velocidad tangencial f'(η), la velocidad transversal g(η). Como el número de Grashof es una relación entre la fuerza de flotación y la fuerza viscosa y aparece debido al flujo de convección natural, también aumenta la velocidad tangencial y la velocidad transversal del fluido. Sucede por el hecho de que un mayor número de Grashof implica una mayor fuerza de flotación, lo que significa un mayor movimiento del flujo. Las Figuras 8 y 9 representan la influencia del número soluto de Grashof en la temperatura y el perfil de concentración, respectivamente. Un aumento en el número soluto de Grashof significa una disminución en la fuerza viscosa que reduce la temperatura y la concentración del fluido.

Las Figuras 16, 17 describen el comportamiento del parámetro de radiación térmica (R) en los campos de temperatura y concentración. Es interesante observar que para un valor más alto de R fortalece la temperatura porque el parámetro de radiación produce energía térmica en la región de flujo, por lo tanto, se ha visto una mejora en el campo de temperatura mientras que se observa un comportamiento inverso para la concentración.

La Figura 18 muestra que la temperatura θ(η) aumenta con un aumento en la resistencia de la fuente/sumidero de calor, debido a un aumento en la resistencia de la generación de calor, la temperatura aumenta. El comportamiento contrario se observa en el caso de la concentración (Fig. 19).

La influencia del parámetro de movimiento browniano Nb en los perfiles de temperatura y concentración se estudia en las Figs. 20 y 21. A partir de estas figuras, notamos que una mejora en los valores de Nb da lugar a la temperatura, mientras que provoca una disminución en el perfil de concentración de nanopartículas. El movimiento browniano es el movimiento aleatorio de las nanopartículas suspendidas en el fluido, causado por la colisión de las nanopartículas con las partículas del fluido. Un incremento en el efecto termoforético provoca un incremento en el efecto de movimiento browniano que resulta en el aumento de la temperatura debido al incremento en la energía cinética.

Las Figuras 22 y 23 ilustran el efecto del parámetro de termoforesis Nt sobre la temperatura y el perfil de concentración de nanopartículas. Se puede observar que los campos de temperatura y concentración aumentan con una mejora en Nt. El parámetro de termoforesis juega un papel importante en el flujo de transferencia de calor. La fuerza de termoforesis aumenta cuando aumenta Nt, lo que tiende a mover las nanopartículas de la región caliente a la fría y, como resultado, aumentan la temperatura y el espesor de la capa límite.

Las Figuras 24 y 25 muestran el impacto del número de Lewis (Le) en los perfiles de temperatura y concentración de nanopartículas, respectivamente. Se observa que la temperatura aumenta al aumentar Le mientras que la concentración disminuye al aumentar el número de Lewis.

La figura 26 prevé el impacto de la energía de activación (E) en el campo de concentración. El gráfico aclara que el perfil de concentración aumenta para un valor grande de E. La función de Arrhenius se deteriora al aumentar el valor de la energía de activación como una bola de nieve, lo que da como resultado la promoción de la reacción química generativa que provoca una mejora en el campo de concentración. Dentro de la ocurrencia de baja temperatura y mayor energía de activación conduce a una constante de velocidad de reacción más pequeña que ralentiza la reacción química. De esta manera aumenta el perfil de concentración. La Figura 27 muestra que cuando aumenta la tasa de reacción química, el perfil de concentración se reduce considerablemente debido a la alta tasa de reacción química, lo que hace que la capa límite de soluto se vuelva más gruesa. Cuando el parámetro de reacción química aumenta constantemente, el factor (1 + θ) e−E/(1+θ) se enriquece debido al aumento en los valores del parámetro de reacción química.

El impacto de los diversos parámetros físicos en el número de Sherwood local, el coeficiente de fricción de la piel y el número de Nusselt local, se obtienen resultados matemáticos para Nb = 0,3, β = 0,5, Nt = 0,7, Pr = 0,71, Le = 0,6, M = 0,5, m = 0,2, Grx = 0,5, Grc = 0,5, Q = 0,5 y R = 1 se enumeran como se muestra en la Tabla 1. Se observa que el coeficiente de fricción de la piel en la dirección x − disminuye con un aumento en el número de Grashof térmico Gr , el número de Grashoff de masa Gm, el parámetro de corriente de Hall m y el parámetro de movimiento browniano Nb, mientras que aumenta para el valor creciente del parámetro magnético M, el parámetro de fuente de calor, la radiación y el número de Prandtl Pr, y el parámetro de termoforesis Nt. Se registra un comportamiento completamente opuesto para el coeficiente de fricción superficial en la dirección z. El número de Nusselt aumenta cuando el parámetro de corriente de Hall m, el número de Grashof térmico, el número de Grashoff de masa y el número de Prandtl aumentan, mientras que se reduce al aumentar el valor del parámetro de campo magnético M, la fuente de calor y los parámetros de radiación. El número de Sherwood tiene un comportamiento creciente para el número de Grashof térmico Gr, el parámetro de campo magnético M, el parámetro de movimiento browniano Nb, los parámetros de fuente de calor y radiación y el parámetro de termoforesis Nt, mientras que tiene un comportamiento decreciente para el número de Grashoff Gm y el número de Prandtl.

Para la autenticación del método numérico utilizado, los resultados fueron comparados con los resultados obtenidos previamente por Ibrahim y Anbessa18 para varios valores de parámetros e indica una excelente concordancia como se muestra en la Tabla 2.

La influencia de la corriente de Hall y la radiación térmica en la transferencia de calor y masa del nanofluido que fluye a través de una lámina estirada linealmente en presencia de termoforesis fuente/sumidero de calor y movimiento browniano se analizará en el presente documento. Los logros más significativos se han desglosado en las siguientes categorías:

La velocidad del fluido resultante disminuye con el aumento del parámetro del fluido Casson (β).

La temperatura aumenta a medida que aumentan los valores de la fuente/sumidero de calor (Q) y el parámetro de movimiento browniano (Nb), pero el perfil de concentración de las nanopartículas disminuye. El comportamiento contrario se observó para el caso del parámetro Radiación (R).

Los campos de temperatura y concentración se intensifican con un aumento en el parámetro de Termoforesis (Nt).

Los perfiles de temperatura y concentración tienden a caer cuando se eleva el número de Prandtl (Pr).

La temperatura aumenta al aumentar Le mientras que la concentración disminuye al aumentar el número de Lewis

La velocidad aumenta con la mejora del parámetro Hall (m), mientras que el comportamiento inverso se ha observado en el caso de la temperatura y la concentración.

Todos los datos están claramente presentados en el manuscrito.

Una verdadera constante

Intensidad del campo magnético

Concentración de líquido

Coeficiente de fricción de la piel a lo largo del eje x

Coeficiente de fricción de la piel a lo largo del eje z

Concentración en la pared

Concentración ambiental

Calor especifico

Coeficiente de difusión browniano

Coeficiente de difusión termoforético

Aceleración gravitacional

Número de masa Grashof

Número térmico de Grashof

Conductividad térmica

Número de Lewis

Parámetro magnético

Parámetro de movimiento browniano

Parámetro de termoforesis

Número local de Nusselt

flujo de calor radiativo

Flujo de calor superficial

Número de Prandtl

Número local de Reynolds

Parámetro de radiación térmica

Número local de Sherwood

Temperatura del fluido

Temperatura en la pared

Parámetro de reacción química no dimensional

Parámetro de reacción química adimensional

Parámetro de energía de activación

Condiciones en la pared

Condiciones de flujo libre

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Descargar referencias

Los autores desean agradecer al Decanato de Investigación Científica de la Universidad Umm Al-Qura por apoyar este trabajo mediante el Código de subvención: 23UQU4331317DSR113.

Departamento de Matemáticas, Fundación Educativa Koneru Lakshmaiah, RVS Nagar, Moinabad-Chilkur Rd, Near AP Police Academy, Aziznagar, Hyderabad, 500075, Telangana, India

Y. Suresh Kumar

Departamento de Ingeniería Mecánica, Malla Reddy Engineering College, Hyderabad, Telangana, India

jeque hussain

Departamento de Humanidades y Ciencias, St. Johns College of Engineering and Technology, Yemmiganur, Kurnool, Andhra Pradesh, 518360, India

K. Raghunath

Departamento de Ciencias Matemáticas, Universidad Federal Urdu de Artes, Ciencias y Tecnología, Gulshan-e-Iqbal, Karachi, 75300, Pakistán

Farhan Alí

Departamento de Ingeniería Mecánica, Facultad de Ingeniería y Arquitectura Islámica, Universidad Umm Al-Qura, PO Box 5555, Makkah, 21955, Arabia Saudita

camello guedri

Centro de Investigación, Facultad de Ingeniería, Universidad Futura en Egipto, Nuevo Cairo, 11835, Egipto

Sayed M. Eldin

Departamento de Ingeniería Mecánica, Universidad Americana Libanesa, Beirut, Líbano

M.Ijaz Khan

Departamento de Matemáticas y Estadística, Universidad Internacional Riphah I-14, Islamabad, 44000, Pakistán

M.Ijaz Khan

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Todos los autores contribuyen por igual en el trabajo de investigación.

Correspondencia a M. Ijaz Khan.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Reimpresiones y permisos

Suresh Kumar, Y., Hussain, S., Raghunath, K. et al. Análisis numérico de la magnetohidrodinámica del flujo de nanofluidos de Casson con energía de activación, corriente de Hall y radiación térmica. Informe científico 13, 4021 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-28379-5

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Recibido: 03 noviembre 2022

Aceptado: 17 de enero de 2023

Publicado: 10 de marzo de 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-28379-5

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