교류 자기장의 영향을 받는 비선형 신축성 회전 디스크 위의 열 전달 및 하이브리드 자성유체 흐름

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 17548(2022) 이 기사 인용

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교류 자기장의 영향을 받아 유연한 회전 디스크 위의 자성유체 흐름과 열 전달을 검사합니다. 교류 자기장의 주파수에 따라 달라지는 외부 자기장에 의해 흐름이 방해됩니다. 현재 연구에서는 반경 방향으로 늘어나는 회전 디스크에서 점도가 높은 유체의 열 전달과 3차원 흐름을 조사합니다. 지배 방정식의 대칭성은 Lie 그룹 이론을 사용하여 계산됩니다. 문제에는 경계 조건에서 제한을 적용하여 두 가지 범주, 특히 선형 및 거듭제곱 법칙으로 구분된 방사상으로 늘어나는 속도를 통해 달성할 수 있는 유사성이 있습니다. 문헌에서는 이미 선형 스트레칭을 다루었지만 이는 거듭제곱 법칙 스트레칭에 대한 첫 번째 논의입니다. 지배 편미분은 추가 유사성 변환을 사용하여 상미분 방정식 시스템으로 전환된 후 수치적으로 처리됩니다. 결과는 하이브리드 알루미나-구리/에틸렌 글리콜(\({\text{Al}}_{2} {\text{O}}_{3} - {\text{Cu}}/{\text{ EG}}\)) 나노유체. 계산된 결과는 참신하며 이전의 확장된 문헌의 결과와 매우 잘 일치하는 것으로 나타났습니다. 하이브리드 나노유체 흐름은 Nusselt 수 또는 열 전달 속도 측면에서 나노유체 흐름보다 성능이 뛰어난 것으로 밝혀졌습니다. 프란틀 수가 증가하면 유체의 열 전달이 감소합니다. 무차원 자기장 강도 \(\xi\)가 증가함에 따라 열 전달이 증가합니다. 또한 자기장 강도가 증가함에 따라 축 속도와 시선 속도가 감소합니다. 강자성 상호작용 매개변수가 증가함에 따라 열 전달 효율이 감소했습니다. 신축 매개변수가 0 < m < 1인 비선형 신축의 경우 m이 증가하면 속도가 감소합니다.

회전 디스크에 의해 발생하는 유동장 연구의 수많은 응용이 수많은 기술 및 산업 영역에서 확인되었습니다. 팬, 터빈, 원심 펌프, 로터, 점도계, 회전 디스크 반응기 및 기타 회전체는 디스크 회전을 위한 실제 응용 프로그램의 몇 가지 예일 뿐입니다. 균일한 회전 속도로 회전하는 무한 평면 디스크를 가로지르는 비압축성 점성 유체에 대한 연구는 회전 디스크 흐름의 역사를 확립한 Von Karman의 유명한 논문에서 처음 소개되었습니다. 수많은 연구자들이 디스크 회전으로 인한 유체 거동을 더 잘 이해하기 위해 분석적 및 수치적 결과를 생성하기 위해 이 모델을 계속 조사하고 있습니다. Von Karman1은 축대칭 흐름에 대한 주요 Navier Stokes 방정식을 일련의 연결된 비선형 상미분 방정식으로 변경하기 위해 유사성 변환의 사용을 처음 제안했으며 Cochran2는 이러한 방정식에 대한 수치적 결과를 보고했습니다. 일정한 온도에서 회전 디스크를 통한 열 전달 효과는 Millsaps와 Pohlhausen3에 의해 조사되었습니다. 큰 Prandtl 수의 경우 Awad4는 회전 디스크 위의 열 전달 현상을 조사하기 위한 점근 모델을 제공했습니다. 늘어난 표면으로 인해 발생하는 흐름은 제조 분야, 특히 금속 및 폴리머 압출 분야에서 중요한 용도로 사용됩니다5,6,7. Crane8은 표면의 꾸준한 선형 신축을 위한 정밀한 분석 솔루션을 제공했습니다. 이 문제는 Wang9에 의해 3차원을 포함하도록 확장되었습니다. Rashidi와 Pour10은 Homotopy 분석 방법을 사용하여 늘어난 시트의 흐름과 열 전달에 대한 대략적인 분석 솔루션을 발견했습니다. Fang11은 회전 및 신장 디스크에 대한 정상 흐름을 처음으로 제안했습니다. 두 확장 디스크 사이의 흐름에 대한 최근 연구는 Fang과 Zhang12에 의해 수행되었습니다. 최근 Turkyilmazoglu13는 방사형으로 늘어난 디스크에 대한 자기유체역학의 결합 효과를 조사했습니다. 우리는 선형 방사상 신장 속도가 이 모든 연구의 초점이었다는 점에 주목합니다. Gupta와 Gupta14에 따르면 시트의 신장은 실제 상황에서 항상 선형이 아닐 수도 있습니다.