Efficacia termica migliorata per il flusso peristaltico modulato dall'elettroosmosi di nanofluido ibrido modificato con reazioni chimiche

Oct 13, 2023

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 13756 (2022) Citare questo articolo

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In questa analisi, le proprietà termiche e di flusso dei nanofluidi ibridi modificati (MNF) sono state studiate sotto gli effetti dell'elettroosmosi e delle reazioni chimiche omogenee-eterogenee. Tre tipi di nanoparticelle di Cu, CuO e Al2O3 vengono utilizzati per monitorare le prestazioni degli MNF con acqua come liquido di lavoro. La determinazione del fenomeno del riscaldamento viene esplorata incorporando gli effetti della forma delle NP, della viscosità dipendente dalla temperatura, del riscaldamento Joule, della generazione/assorbimento di calore e della dissipazione viscosa. In questa esplorazione si assumono fattori di diffusione uguali per il catalizzatore automatico e i reagenti. La formulazione del modello contiene un sistema PDE altamente non lineare, che viene convertito in ODE sotto presupposti fisici con lubrificazione e Debye-Huckel. Il trattamento della soluzione prevede l'utilizzo del metodo di perturbazione dell'omotopia per risolvere le equazioni differenziali governanti. Un risultato importante rivela che l'aggiunta di parametri di reazione eterogenei aiuta a migliorare il profilo di concentrazione. Di conseguenza, la curva della temperatura diminuisce all'aumentare della frazione volumetrica delle NP. Gli NF ibridi modificati hanno una velocità di trasferimento del calore più elevata rispetto alla base H20, o agli NF Al2O3–H20 ordinari e ibridi Cu + Al2O3–H20. Il gradiente di pressione diminuisce migliorando i parametri elettroosmotici. Inoltre, un confronto tra i risultati analitici (HPM) e numerici (NDSolve) mostra che entrambi i risultati sono in buon accordo.

Il trasporto del calore è considerato uno dei fenomeni principali e cruciali in diversi ambiti tecnologici. La dinamica termica dei nanofluidi (NF) è estremamente interessante e nuova in termini di applicazioni. NF, un'inevitabile classe di fluidi con eccezionale capacità di trasferimento del calore grazie alle particelle su scala nanometrica sospese nel fluido di base. NF allude a una miscela coerente di minuscole particelle metalliche (5–100 nm) con liquidi di lavoro come cherosene, acqua, oli, EG ecc. I liquidi risultanti, chiamati NF, hanno un'eccellente conduttività termica1,2,3, uniformità, elevata stabilità e un basso livello di incrostazione, che li rende un mezzo universalmente utilizzato in varie attività, che abbracciano il settore automobilistico, la produzione di energia, i macchinari per l'estrusione, la produzione chimica, i collettori solari, i purificatori dell'aria, l'elettronica, i sistemi nucleari. e terapia farmacologica. Studi sperimentali suggeriscono anche che il TC dei NF dipende da una serie di aspetti, come la frazione volumetrica delle particelle, la dimensione delle particelle, la struttura delle particelle, il materiale liquido di base, il clustering, gli additivi, la temperatura e l'acidità dei NF4,5. Nello spettro delle dimensioni dei nanoliquidi, il rapporto tra la superficie delle particelle e il volume delle particelle è così grande che qualsiasi interazione è guidata da forze a corto raggio come le forze superficiali e l'attrazione di van der Waals. Buongiorno6 ha studiato il trasporto convettivo nanofluidico incorporando il moto browniano e la termoforesi. Nella sua ricerca, ha notato che la diffusione browniana e termoforetica sono fattori chiave per uno straordinario aumento del trasferimento di calore da parte dei NF. Tiwari e Das7 hanno modellato il trasporto dei NF inserendo le dimensioni dei materiali minuscoli, la conduttività termica, la viscosità e la frazione di volume nel meccanismo di trasferimento del calore dei NF. Lazarus8 ha affrontato le applicazioni dei NF in diversi fenomeni di trasferimento di calore. Pochi studi recenti condotti in questa direzione possono essere osservati anche attraverso riferimenti bibliografici9,10,11,12,13,14.

Le oscillazioni dovute alle onde traslazionali trasversali che si trasmettono attraverso una parete flessibile hanno portato a oscillazioni periodiche ininterrotte dei conduttori muscolari, chiamate peristalsi. Questo tipo di flusso è prodotto da un'onda progressiva che si sposta dalla bassa pressione all'alta pressione lungo i confini del tratto sotto l'azione di una pompa. Il flusso peristaltico è un fenomeno di trasporto naturale in cui il fluido corporeo si sposta da un luogo all'altro attraverso il rilassamento e la contrazione muscolare continui. Il movimento peristaltico durante la procedura di lubrificazione è stato ampiamente discusso da Shapiro et al.15. Akram et al.16 hanno studiato le ramificazioni del nanoliquido sul trasporto peristaltico attraverso un canale asimmetrico. Abbasi et al.17 hanno esaminato l'analisi della seconda legge per il movimento peristaltico di nanoliquidi a base di H2O. La soluzione analitica per il sistema risultante viene ottenuta utilizzando HPM. Akbar et al.18 hanno esplorato le implicazioni della corrente di Hall e del flusso di calore radiativo sul trasporto peristaltico di nanoliquidi con tasso di irreversibilità. Reddy et al.19 hanno studiato il tasso di entropia per il flusso di NF sangue d'oro in un microcanale.