Soluzioni esatte tramite l'approccio frazionario Prabhakar per studiare le caratteristiche di trasferimento di calore e flusso di nanofluidi ibridi soggetti a effetti di forma e scorrimento

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 7810 (2023) Citare questo articolo

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L'obiettivo principale di questo studio è sviluppare un modello generalizzato mediante una tecnica frazionaria recentemente proposta al fine di anticipare il miglioramento dell'efficienza termica dell'olio motore a causa della dispersione di nanoparticelle di grafene e magnesia. Oltre a studiare gli attributi sinergici delle particelle precedenti, questo lavoro valuta gli impatti della forma per forme simili a colonne, mattoni, tetraedri, lame e lamine. Nel modello primario, l'equazione del flusso è accoppiata con le funzioni di concentrazione ed energia. Questo sistema classico viene trasmutato in un ambiente frazionario generalizzando le espressioni matematiche dei flussi termici e di diffusione in virtù dell'operatore frazionario Prabhakar. In questo studio, per la prima volta vengono applicate simultaneamente condizioni di flusso a rampa e di scorrimento termico per esaminare il comportamento di un nanofluido ibrido. L'analisi matematica di questo problema prevede l'incorporazione nel modello di parametri indipendenti dalle dimensioni e l'esecuzione della trasformata di Laplace per le conseguenti equazioni. In tal modo, si ottengono soluzioni esatte sotto forma di funzioni Mittag-Leffler. Molteplici illustrazioni sono sviluppate a forza di soluzioni esatte per analizzare tutti gli aspetti delle variazioni di temperatura e della dinamica del flusso. Per la preparazione di queste illustrazioni, i dettagli degli intervalli parametrici sono i seguenti: \(0.00 \le \varUpsilon \le 0.04\), \(2.0 \le Gr_1 \le 8.0\), \(0.5 \le Sc \le 2.0 \), \(0.1 \le \uptau \le 4.0\), \(0.1 \le d \le 0.6\), \(0.2 \le \lambda _1 \le 1.5\), e \(1.0 \le Gr_2 \ le 7.0\). Si prevede inoltre il contributo di nanoparticelle di forma diversa, proporzioni di volume e parametri frazionari nel potenziamento delle caratteristiche di trasferimento del calore dell'olio motore. A questo proposito, i risultati per il numero di Nusselt sono forniti in forma tabellare. Inoltre, viene effettuata una breve analisi dello stress di taglio per parametri frazionari e varie combinazioni di magnesia, grafene e olio motore. Questa indagine prevede che l'ibridazione dell'olio motore con magnesia e grafene comporterebbe un aumento del 33% delle sue prestazioni termiche, il che evidentemente ne migliora l'importanza industriale. L'aumento del numero di Schmidt produce un miglioramento nella velocità di trasferimento di massa. Un incremento della frazione di volume collettivo porta ad innalzare il profilo del campo termico. Tuttavia, la velocità indica un comportamento decrescente. Il numero di Nusselt raggiunge il suo valore più alto (\(Nu=8.1363\)) per la forma della lamina delle particelle considerate. Quando l'intensità della forza di galleggiamento aumenta, la velocità aumenta.

L'obiettivo tecnologico specifico di controllare accuratamente molecole e atomi utilizzando vari strumenti e tecniche per fabbricare diversi oggetti su macroscala è riconosciuto come nanotecnologia. Nell’era contemporanea del progresso, dove i materiali e le macchine diventano ogni giorno più piccoli e accumulano sempre più caratteristiche e funzioni, la nanotecnologia si sta espandendo rapidamente. Offre un’ampia evoluzione scientifica e facilita lo sviluppo e il funzionamento di molteplici gadget e strumenti avanzati in molti settori. Ad esempio, l'industria farmaceutica, le raffinerie di petrolio, la nanoelettronica, la produzione automobilistica, il settore energetico e molti altri. Gli aspetti più interessanti della nanotecnologia per gli scienziati includono vantaggi economici, efficienza in termini di tempo e risorse e miglioramento delle caratteristiche degli oggetti. Ricercatori provenienti da diverse discipline, ad esempio ingegneria dei biomateriali, nanomedicina, chimica organica, scienze delle superfici e produzione di energia, hanno discusso i vantaggi e le applicazioni della nanotecnologia1,2. Uno dei componenti principali della nanotecnologia è il nanofluido, che viene utilizzato prevalentemente per gestire adeguatamente le complicazioni del trasferimento di calore. Al giorno d'oggi, l'acquisizione di un controllo sufficiente della temperatura per le apparecchiature ultrasensibili in numerose operazioni industriali come l'isolamento termico, gli impianti nucleari, il rivestimento in fibra, gli scambiatori di calore e la fluidificazione dei reattori è la sfida fondamentale. I normali fluidi coinvolti in queste attività non hanno le caratteristiche necessarie per lo smaltimento del calore in eccesso. Pertanto, gli esperti hanno ideato una serie di metodologie per aumentare l'adeguatezza termica di questi fluidi regolari. L’emergere di nanofluidi, che non solo servono alla causa dell’aumento del potenziale di trasporto del calore ma migliorano anche le caratteristiche antiusura, di lubrificazione e di prevenzione della corrosione dei fluidi abituali, è accreditato come un cambiamento di paradigma in questo settore.