MHD 및 열원/싱크대를 갖춘 부분 나노유체의 다공성 매질 위의 자유 대류 살수

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 20778(2022) 이 기사 인용

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나노유체는 열과 물질 전달을 개선할 수 있는 스마트 유체로 간주되며 전자, 제조, 생물의학 등 산업 및 엔지니어링 분야에서 다양한 응용 분야를 갖습니다. 이러한 이유로 자기장이 존재하는 상태에서 나노입자로 탄소나노튜브(CNT)를 포함하는 혈액 기반 나노유체가 논의됩니다. 나노유체는 다공성 매질을 통과합니다. 나노유체는 이동할 수 있는 수직판 위에서 움직입니다. 자유 대류 열 전달 모드는 열원과 열 유속이 일정할 때 고려됩니다. 대류 흐름은 엔지니어링 프로세스, 특히 지열 및 석유 추출, 건물 건설 등과 같은 열 제거에 자주 사용됩니다. 열 전달은 화학 처리, 발전, 자동차 제조, 공조, 냉동, 컴퓨터 기술 등에 사용됩니다. 물, 메탄올, 공기, 글리세린과 같은 열전달 유체는 다른 금속에 비해 열전도율이 낮기 때문에 열교환 매체로 사용됩니다. 우리는 효율성을 염두에 두고 나노유체의 열과 속도에 대한 MHD의 효과를 연구했습니다. 라플라스 변환은 수학적 모델을 해결하는 데 사용됩니다. 나노유체의 자유 대류를 이용한 MHD 유동의 속도 및 온도 프로파일은 누셀 수(Nusselt number)와 피부 마찰 계수를 사용하여 설명되었습니다. 속도와 온도 프로파일 모두에 대해 정확한 솔루션이 얻어집니다. 그래프는 다양한 매개변수가 속도 및 온도 프로파일에 미치는 영향을 보여줍니다. 온도 프로파일은 분수 매개변수와 부피 마찰 매개변수의 추정치가 증가함에 따라 개선되었습니다. 나노유체의 속도는 자기 매개변수와 다공성 매개변수의 값이 증가함에 따라 축소되는 함수이기도 합니다. 열 경계층의 두께는 분수 매개변수의 값이 증가함에 따라 감소합니다.

오늘날 대부분의 연구자와 과학자들은 다양한 열 교환기 공정에서 열 전달을 개선하는 데 유용한 방법과 기술에 큰 관심을 기울이고 있습니다. 이러한 요구 사항을 충족하기 위해 연구자들은 나노유체라고 불리는 새로운 유형의 유체를 개발했습니다. 나노유체는 나노미터 크기의 입자인 나노입자를 포함하는 유체입니다. 금속, 그 산화물, 탄화물 및 탄소 나노튜브는 나노유체에서 가장 일반적으로 사용되는 나노입자입니다. 나노유체는 유용하며 마이크로 전자 공학, 연료 전지, 제약 공정, 교차 경주 기계, 온도 제어, 가열 시스템, 굴뚝 배기 가스, 열 방출 등을 포함하여 광범위한 응용 분야를 가지고 있습니다. 나노유체의 중요성으로 인해 많은 연구자들이 수많은 실험적, 이론적 관찰을 수행하고 있다. 자세한 연구에서 Kakac et al.1은 나노유체가 기본 유체의 열전도도를 어떻게 증가시키는지 조사했습니다. 나노유체는 높은 예측 가능성으로 인해 붕괴, 새로운 전하의 응집, 침전과 같은 문제가 발생하지 않습니다2. 최근 몇 년 동안 연구자들은 나노유체의 열적 관점에 초점을 맞춰왔습니다. 왜냐하면 나노유체는 실용적이고 열전달 및 냉각 분야에 더 많은 응용이 가능하기 때문입니다. 자연 대류는 열 이동의 일반적인 방식입니다. 자연 대류 현상은 흡입 장치, 팬, 펌프 등과 같은 외부 보조 장치에 의해 열이 흐르게 하며 이러한 흐름은 유체의 밀도를 변화시켜 생성됩니다. 온도가 변화함에 따라 밀도는 감소하지만 부피는 증가하므로 가열된 층의 두께가 감소하고 증가하는 것으로 관찰되었습니다. 자연에서는 일반적으로 농도와 밀도의 차이로 인해 자유 대류가 발생합니다. 연구원들의 가장 중요한 연구 및 리뷰로는 Ghosh와 Beg3가 있으며, 균일하게 곡선을 이루고 나노유체가 통과하는 비-다르시안 투과성 환형체의 자유 대류에 대한 국소 열 비평형(LTNE)의 영향을 연구했습니다. Fetecau 등4은 열 복사와 자연 대류의 효과를 결합한 부분 나노유체를 연구하기 위해 등온 수직판을 사용했으며, 라플라스 변환과 Caputo-Fabrizio 시간 도함수를 사용하여 온도와 무차원 속도의 해를 찾았습니다. Toki와 Tokis5는 다공성 매체에 대한 시간에 따른 가열을 고려한 자유 대류 흐름을 연구하고 Laplace 변환을 사용하여 정확한 해를 찾았습니다. Hussanan et al.6은 수직판과 뉴턴 히터를 사용하여 질량 및 열 전달을 연구하고 경계 조건을 만족하는 정확한 온도 및 속도 해석을 제시했습니다. Turkyilmazoglu와 Pop7은 복사 효과가 있는 자연 대류 흐름에서 수직 평면(무한) 표면 위의 나노유체를 연구했습니다. Pramanik8은 열 복사의 영향으로 기하급수적으로 다공성이 있는 신장 표면을 통해 흐르는 Casson 유체에 대한 결과를 발견했습니다. Turkilmazgolu9는 움직이는 수직판을 통한 나노유체의 열전달 효과와 불안정한 흐름을 연구했습니다. Ge-JiLe 등10은 브라운 운동과 원뿔을 통한 열영동을 사용하여 철 함유 나노입자의 방사된 MHD 흐름을 연구했습니다. Kavya et al.11은 MoS4와 구리 나노입자의 현탁액이 포함된 수축/신축 실린더를 통해 MHD 및 열 추출/주입이 가능한 하이브리드 나노유체를 공개했습니다. 신장 시트 위로 흐르는 뉴턴 유체와 비뉴턴 유체로 구성된 하이브리드 나노유체에 대한 연구는12,13,14,15,16,17에 의해 보고되었습니다.