Transfert de chaleur et écoulement de ferrofluide hybride sur un disque rotatif étirable de manière non linéaire sous l'influence d'un champ magnétique alternatif

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 17548 (2022) Citer cet article

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Sous l'influence d'un champ magnétique alternatif, l'écoulement et le transfert de chaleur d'un écoulement de ferrofluide sur un disque tournant flexible sont examinés. Le flux est entravé par le champ magnétique externe, qui dépend de la fréquence du champ magnétique alternatif. Les travaux en cours examinent le transfert de chaleur et l'écoulement tridimensionnel d'un fluide à haute viscosité sur un disque en rotation étiré dans une direction radiale. Les symétries des équations gouvernantes sont calculées à l'aide de la théorie des groupes de Lie. Dans le problème, il existe une ressemblance qui peut être obtenue avec des vitesses d'étirement radial divisées en deux catégories, spécifiquement linéaires et en loi de puissance, en imposant des limites aux conditions aux limites. La littérature a déjà traité de l’étirement linéaire, mais il s’agit de la première discussion sur l’étirement selon la loi de puissance. La différentielle partielle déterminante est transformée en un système d'équations différentielles ordinaire à l'aide de transformations de similarité supplémentaires, qui sont ensuite traitées numériquement. Les résultats sont présentés pour un hybride alumine-cuivre/éthylène glycol (\({\text{Al}}_{2} {\text{O}}_{3} - {\text{Cu}}/{\text{ EG}}\)) nanofluide. Les résultats calculés sont nouveaux et il a été constaté qu’ils concordent assez bien avec ceux de la littérature étendue antérieure. Il a été constaté que le flux de nanofluide hybride surpasse le flux de nanofluide en termes de nombre de Nusselt ou de taux de transfert de chaleur. La transmission de chaleur dans le fluide diminue à mesure que le nombre de Prandtl augmente. Le transfert de chaleur augmente à mesure que l'intensité du champ magnétique sans dimension \(\xi\) augmente. De plus, la vitesse axiale et la vitesse radiale diminuent à mesure que l’intensité du champ magnétique augmente. À mesure que le paramètre d’interaction ferromagnétique augmente, l’efficacité de la transmission thermique diminue. Pour un étirement non linéaire avec un paramètre d'étirement 0 < m < 1, la vitesse diminue avec l'augmentation de m.

De nombreuses applications de l'étude du champ d'écoulement provoqué par un disque tournant ont été identifiées dans de nombreux domaines techniques et industriels. Les ventilateurs, turbines, pompes centrifuges, rotors, viscosimètres, réacteurs à disques rotatifs et autres corps rotatifs ne sont que quelques exemples d'applications réelles de la rotation des disques. L’étude d’un fluide visqueux incompressible à travers un disque plan infini tournant avec une vitesse de rotation uniforme a été introduite pour la première fois dans le célèbre article de Von Karman1, qui établissait l’histoire des écoulements de disques en rotation. De nombreux chercheurs continuent d'étudier ce modèle pour produire des résultats analytiques et numériques permettant de mieux comprendre le comportement des fluides provoqué par les disques en rotation. Von Karman1 a d'abord proposé l'utilisation de transformations de similarité pour modifier les équations de Navier Stokes régissant l'écoulement axisymétrique en un ensemble d'équations différentielles ordinaires non linéaires liées, et Cochran2 a ensuite rapporté les résultats numériques de ces équations. Les effets du transport de chaleur sur un disque tournant à température constante ont été examinés par Millsaps et Pohlhausen3. Pour les grands nombres de Prandtl, Awad4 a fourni un modèle asymptotique pour étudier les phénomènes de transport de chaleur sur un disque en rotation. L'écoulement provoqué par les surfaces étirées trouve une utilisation importante dans le secteur manufacturier, notamment dans l'extrusion de métaux et de polymères5,6,7. Crane8 a fourni la solution analytique précise pour l’étirement linéaire constant d’une surface. Cette problématique a été élargie pour inclure trois dimensions par Wang9. En utilisant la méthode d'analyse d'homotopie, Rashidi et Pour10 ont découvert des solutions analytiques approximatives pour l'écoulement et la transmission de chaleur sur une feuille étirée. Fang11 a été le premier à suggérer un flux constant sur un disque en rotation et en étirement. Des recherches récentes sur l'écoulement entre deux disques en extension ont été menées par Fang et Zhang12. Plus récemment, Turkyilmazoglu13 a examiné les effets combinés de la magnétohydrodynamique sur des disques étirés radialement. Nous notons que les vitesses d'étirement radiales linéaires étaient au centre de toutes ces recherches. L'étirement de la feuille n'est pas toujours linéaire dans des circonstances pratiques, selon Gupta et Gupta14.