Soluções exatas via abordagem fracionária de Prabhakar para investigar características de transferência de calor e fluxo de nanofluido híbrido sujeito a efeitos de forma e deslizamento

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 7810 (2023) Citar este artigo

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Detalhes das métricas

A devoção central deste estudo é desenvolver um modelo generalizado por meio de uma técnica fracionária proposta recentemente, a fim de antecipar o aumento da eficiência térmica do óleo do motor devido à dispersão de nanopartículas de grafeno e magnésia. Além de investigar os atributos sinérgicos das partículas anteriores, este trabalho avalia os impactos da forma de colunas, tijolos, tetraedros, lâminas e formas semelhantes a lâminas. No modelo primário, a equação de fluxo é acoplada às funções de concentração e energia. Este sistema clássico é transmutado em um ambiente fracionário generalizando expressões matemáticas de fluxos térmicos e de difusão em virtude do operador fracionário de Prabhakar. Neste estudo, as condições de fluxo acelerado e deslizamento de temperatura são aplicadas simultaneamente pela primeira vez para examinar o comportamento de um nanofluido híbrido. A análise matemática deste problema envolve a incorporação de parâmetros independentes de dimensão no modelo e a execução da transformada de Laplace para as equações consequentes. Ao fazer isso, soluções exatas são derivadas na forma de funções de Mittag-Leffler. Várias ilustrações são desenvolvidas por meio de soluções exatas para mastigar todos os aspectos das variações de temperatura e dinâmica de fluxo. Para a preparação destas ilustrações, os detalhes das faixas paramétricas são os seguintes: \(0.00 \le \varUpsilon \le 0.04\), \(2.0 \le Gr_1 \le 8.0\), \(0.5 \le Sc \le 2.0 \), \(0.1 \le \uptau \le 4.0\), \(0.1 \le d \le 0.6\), \(0.2 \le \lambda _1 \le 1.5\), e \(1.0 \le Gr_2 \ le 7.0\). A contribuição de nanopartículas de formatos diferentes, proporções de volume e parâmetros fracionários para aumentar os atributos de transferência de calor do óleo do motor também é antecipada. A este respeito, os resultados para o número de Nusselt são fornecidos em forma de tabela. Além disso, uma breve análise da tensão de cisalhamento é realizada para parâmetros fracionários e várias combinações de magnésia, grafeno e óleo de motor. Esta investigação prevê que a hibridização do óleo do motor com magnésia e grafeno resultaria em um aumento de 33% em seu desempenho térmico, o que evidentemente melhora sua importância industrial. O aumento no número de Schmidt produz uma melhoria na taxa de transferência de massa. Um incremento na fração de volume coletivo leva a elevar o perfil do campo térmico. No entanto, a velocidade indica um comportamento decrescente. O número de Nusselt atinge seu maior valor (\(Nu=8.1363\)) para a forma de lâmina das partículas consideradas. Quando a intensidade da força de empuxo aumenta, ela faz com que a velocidade aumente.

O objetivo tecnológico específico de controlar com precisão moléculas e átomos, empregando várias ferramentas e técnicas para fabricar diferentes objetos em macroescala, é reconhecido como nanotecnologia. Na era contemporânea do progresso, onde materiais e máquinas estão cada dia menores e acumulando mais características e funções, a nanotecnologia está se expandindo de forma acelerada. Oferece ampla evolução científica e facilita o desenvolvimento e funcionamento de vários dispositivos e ferramentas avançadas em muitos setores. Por exemplo, indústria farmacêutica, refinarias de petróleo, nanoeletrônica, fabricação de automóveis, setor de energia e muitos outros. Os aspectos mais intrigantes da nanotecnologia para os cientistas incluem vantagens econômicas, tempo e eficiência de recursos e melhoria das características dos objetos. Pesquisadores de várias disciplinas, por exemplo, engenharia de biomateriais, nanomedicina, química orgânica, ciência de superfície e produção de energia discutiram as vantagens e aplicações da nanotecnologia1,2. Uma das principais partes constituintes da nanotecnologia é o nanofluido, que é predominantemente empregado para gerenciar adequadamente as complicações da transferência de calor. Atualmente, a aquisição de controle de temperatura suficiente para equipamentos ultrassensíveis em várias operações industriais, como isolamento térmico, usinas nucleares, revestimento de fibras, trocadores de calor e fluidização de reatores é o principal desafio. Os fluidos regulares que participam dessas atividades carecem das características necessárias para a eliminação do calor excedente. Portanto, os especialistas desenvolveram várias metodologias para aumentar a adequação térmica desses fluidos regulares. O surgimento de nanofluidos, que não apenas servem à causa dos potenciais crescentes de transporte de calor, mas também aumentam as características antidesgaste, lubrificação e prevenção de corrosão de fluidos comuns, é creditado com uma mudança de paradigma neste domínio.