Dynamischer dissipativer und strahlender Fluss einer vergleichenden Irreversibilitätsanalyse von mikropolarem und hybridem Nanofluid über einen geneigten Kanal mit Joule-Heizung

Scientific Reports Band 13, Artikelnummer: 5356 (2023) Diesen Artikel zitieren

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In diesem Bericht wurde der Einfluss von Strahlung und ohmscher Erwärmung auf den dissipativen Fluss von mikropolarem und hybridem Nanofluid innerhalb eines Kanals mit geneigter Länge \(2h\) unter konvektiven Randbedingungen untersucht. Primäre Strömungsgleichungen werden mit Hilfe geeigneter Ähnlichkeitsumrechnungen als System von KNOTEN erneuert. In zwei Fällen wird der hybride Flüssigkeitsfluss und der mikropolare Flüssigkeitsfluss, eine Mischung aus Schießen und Runge-Kutta-Strategie 4. Ordnung, verwendet, um die gewünschten Ergebnisse zu erzielen. Die entscheidenden Konsequenzen der aktuellen Studie sind: Ein größerer Druckgradient minimiert die Fluidgeschwindigkeit und ein bedeutenderer Trägheitsparameter minimiert das Rotationsprofil im Fall einer Newtonschen Fluidströmung, erleichtert jedoch dasselbe im Fall einer hybriden Nanofluidströmung. Man geht davon aus, dass die Erhöhung der Brinkmann-Zahl zu einer Verbesserung der Flüssigkeitstemperatur führt und der Strahlungsparameter diese abschwächt. Darüber hinaus wurde festgestellt, dass die Grashoff-Zahl die Bejan-Zahl in der Mitte des Kanals erhöht, diese jedoch in anderen Bereichen verringert. Abschließend wird eine Validierung durchgeführt, um die aktuellen Ergebnisse mit den früheren Ergebnissen zu vergleichen und eine gute Übereinstimmung festzustellen.

Wasserhaltige oder instabile Kugeln können auch elektrisch leitend sein und Kernflüssen widerstehen, die mit elektromagnetischer Stimulation einhergehen. Beispiele für dieses Vorkommen werden gelegentlich als Induktionskessel oder Joule-Heizung bezeichnet. Diese Bestandteile der ohmschen Erwärmung werden in verschiedenen Fertigungs-, Industrie- und kosmologischen Bereichen angeboten. Auf dieser Grundlage untersuchten Makinde und Gbolagade1 die Entropieerzeugung in einem laminaren viskosen Flüssigkeitsstrom über einen geneigten Durchgang. Sie entdeckten, dass die Irreversibilität der Flüssigkeitsreibung die Irreversibilität der Wärmeübertragung auf der Kanalmittellinie dominiert. Guimaraes und Menon2 führten mithilfe der Finite-Elemente-Technik eine Untersuchung der Wärmeübertragung einer gemischten konvektiven Flüssigkeit in einem geneigten Kanal (rechteckig) durch. Dar und Elangovan3 untersuchten den Einfluss eines Magnetfelds auf den peristaltischen Fluss durch einen geneigten Kanal (asymmetrisch) und erkannten, dass das Magnetfeld die Flüssigkeitsgeschwindigkeit verringert. Shahri und Sarhaddi4 betonten bei ihrer Untersuchung des MHD-Flüssigkeitsflusses innerhalb eines geneigten Kanals, dass der Hauptgrund für die Entropieerzeugung die Wärmeleitung von Nanofluid (Wasser-Cu) ist. Durch die Annahme einer niedrigen Reynolds-Zahl und die Berücksichtigung eines geneigten Kanals untersuchten Javed et al.5 den peristaltischen Fluss mit der Hartmann-Zahl. Sie kamen zu dem Schluss, dass die Hartmann-Zahl die Größe des gefangenen Bolus steigert. Hayat et al.6 analysierten den peristaltischen Transport des pseudoplastischen Flüssigkeitsstroms im gleichen Parameter mit Wärmequelle und Joule-Heizung. Eines der Ergebnisse dieser Studie ist, dass die Reynolds-Zahl die Flüssigkeitstemperatur verbessert. Tlau und Ontela7 betrachteten konvektive Bedingungen und erläuterten den gemischten konvektiven Fluss von \(H_{2} O + Cu\), einem tendierten Kanal, der mit einem durchlässigen Medium besetzt ist. Sie beobachteten eine Zunahme der Flüssigkeitsgeschwindigkeit mit einem größeren Neigungswinkel. Unter der Annahme derselben Geometrie schlugen Adesanya et al.8 und Singh et al.9 ein Modell für verschiedene Flüssigkeitsströme vor, um die Irreversibilitätsanalyse zu diskutieren. Sie fanden heraus, dass es bei einigen Stressparametern zu einer Verringerung der Entropieerzeugungsrate kommt. Sabu et al.10 verwendeten einen Korrelationskoeffizienten, um die Merkmale technischer Parameter in einem instationären MHD-Nanofluidfluss mit der Wärmequelle zu untersuchen. Sie stellten fest, dass die Soret-Zahl negativ mit der Sherwood-Zahl verbunden ist. Mehrere Forscher11,12,13,14 untersuchten kürzlich verschiedene Flüssigkeitsströme (einschließlich hybrider Nanoflüssigkeiten) über ähnliche Geometrien und betonten, dass geneigte Geometrien den Strömungs- und Wärmeübertragungsprozess steuern.

Die Verbesserung der Wärmeübertragung über die Flüssigkeitsbewegung hat dazu geführt, dass Experten in der thermischen Fertigung die Effizienz einer Kombination fester Nanopartikel, die als Hybrid-Nanofluid bezeichnet wird, infrage stellen. Die zuvor festgestellte Verbesserung basiert auf der Beschaffenheit der Basisflüssigkeit und der Nanopartikel. Die Konzentration fester Partikel und die thermischen Eigenschaften im Verhältnis von Masse zu Dichte und Zähigkeit sind genau die physikalischen Eigenschaften. Dennoch sind Wärmeleitfähigkeit und spezifische Wärmekapazität bei unterschiedlichen Konzentrationsintensitäten von Nanofeststoffpartikeln, Nanopartikelgröße und Temperatur einige der thermischen Eigenschaften. Vor diesem Hintergrund veranschaulichten Gholinia et al.15 den MHD-Fluss eines Nanofluids (Ethylenglykol + Silber + Kupfer) durch einen kreisförmigen Zylinder mit Injektion/Saugwirkung. Sie kamen zu dem Schluss, dass die Silbernanopartikel besser sind als Kupfer, wenn eine höhere Temperatur erforderlich ist. Nadeem et al.16 untersuchten numerisch den Fluss eines Nanofluids (Wasser + SWCNT) durch eine gekräuselte Folie mit einem Magnetfeld. Sie beobachteten, dass der Volumenanteil von Nanopartikeln die Flüssigkeitstemperatur verbessert. Sowmya et al.17 gingen von einer Längsrippe als Geometrie aus und untersuchten die konvektive Strömung eines Nanofluids (Legierungen aus Titan und Aluminium) mit Strahlung. Dogonchi et al.18 untersuchten den Strahlungsfluss von \(Cu + H_{2} O\)-Flüssigkeit mit einer Wärmequelle und zwei Reaktionen (heterogen–homogen) durch eine flache Platte. Sie fanden einen positiven Zusammenhang zwischen der Nusselt-Zahl und dem Magnetfeldparameter. Neu gingen Anuar et al.19 und Waqas et al.20 von unterschiedlichen Geometrien aus und untersuchten verschiedene wasserbasierte Nanofluidströme unter verschiedenen Bedingungen. Jamshed und Aziz21 führten mit dem CCHF-Modell eine Irreversibilitätsanalyse des Casson HNF \(\left( {TiO_{2} - CuO/EG} \right)\) Flusses durch eine sich verlängernde Oberfläche durch. Sie fanden heraus, dass die Brinkman-Zahl die Entropieerzeugung steigert. Salman et al.22 betrachteten FFS und BFS und untersuchten verschiedene hybride Nanofluidströme. Sie waren der Meinung, dass HNFs im Vergleich zu Mono-NFs die beste Alternative seien, wenn bessere thermische Eigenschaften erforderlich seien. Abbas et al.23 gingen von einer dünnen Nadel aus und untersuchten die erzwungene Konvektionsströmung eines HNF (Wasser + SWCNT + MWCNT) mit variabler Wärmeleitfähigkeit. Anuar et al.24 und Waini et al.25 lieferten eine Stabilitätsstudie für den strahlenden HNF \(\left( {Cu - Al_{2} O_{3} /Water} \right)\) Fluss durch eine rotierende Schrumpfung/Verlängerung Blatt. Auf dieser Grundlage kategorisierten sie die Lösungen in stabil und instabil. Kürzlich haben verschiedene Forscher26,27,28,29,30,31,32,33,34,35,36,37 unterschiedliche Geometrien sowie die Kombination fester Nanopartikel untersucht und dazwischenliegende Arten von Leitfähigkeitseigenschaften erzeugt. Dies hilft uns, die Zwischenprozesse hervorzuheben.

Nach sorgfältiger Kenntnis der zuvor genannten Beschreibung schlagen wir vor, die Bedeutung der Strahlung und der ohmschen Erwärmung für den dissipativen Fluss mikropolarer und die Kombination fester Nanopartikel (Propylenglykol – Wassermischung + Paraffinwachs + Sand) durch einen geneigten Kanal zu diskutieren. Die Ergebnisse werden in zwei Beispielen angeboten, nämlich mikropolarer Flüssigkeit und HNF. Darüber hinaus wird eine Irreversibilitätsanalyse für den Flüssigkeitsfluss anhand verschiedener relevanter Parameter durchgeführt. Das Ergebnis einer solchen Untersuchung könnte nützlich sein, um die Leistung von Nanopartikeln und ihre Wirksamkeit in Mikrokanälen zu ermitteln, die mit geringen Leitfähigkeitseigenschaften gefüllt sind. Die folgende Untersuchung wurde modelliert, um Antworten auf die folgenden verwandten Forschungsfragen zu liefern.

Wenn der nichtlineare Energie- und Massenfluss aufgrund der Konzentration und des thermischen Gradienten vernachlässigbar ist, welche Bedeutung hat dann der wachsende Radius fester Nanopartikel für die Entropieerzeugung und die Bejan-Zahlen?

Wie wirken PEG-basiertes Magnesiumoxid \(\left( {MgO} \right)\) und Zirkoniumoxid \(\,(ZrO_{2}) bei unterschiedlichen Intensitäten von Energie- und Impulsflüssen aufgrund von Impuls- bzw. Wärmegradienten? )\) Nanopartikel beeinflussen die Transportphänomene eines geneigten Kanals?

Welche Variationen gibt es für mikropolare und hybride Nanoflüssigkeiten, wenn Irreversibilität vorliegt?

In diesem Modell haben wir einen nicht-transienten, stetigen, laminaren, inkompressiblen, strahlenden Hybrid- und mikropolaren Nanoflüssigkeitsfluss in einem Mikrokanal der Breite \(h\) betrachtet. Magnesiumoxid \(\left( {MgO} \right)\) und Zirkoniumoxid \(\,(ZrO_{2} )\) Nanopartikel werden mit einer Basisflüssigkeit aus Polyethylenglykol (PEG) betrachtet. Die Werte der thermophysikalischen Eigenschaften sind in Tabelle 1 aufgeführt.

Der Kanal, der einen Neigungswinkel \(\alpha\) hat, wird durch zwei Platten (oben und unten) gebildet, die durch einen Abstand \(2h\) voneinander getrennt sind und bei \(y = h\) und \(y = - h\) entsprechend. Die \(x\)-Achse befindet sich in der Mitte des Kanals und gibt die Richtung der Strömung an. Lassen Sie die untere Platte des Mikrokanals die Temperatur des heißen Fluids \(T_{2}\) durch Konvektion austauschen, während die obere Platte in Kontakt mit der Umgebungsflüssigkeitstemperatur \(T_{1}\) steht. Ein Magnetfeld (MHD) der potentiellen Stärke \(B_{0}\) wird in der \(y\)-Richtung angelegt, um seinen Einfluss auf Strömung und Wärmeumwandlung aufzuzeichnen. Die oben genannten Annahmen sind in Abb. 1 dargestellt.

Darstellung des Flusses.

Unter den oben genannten Annahmen ergeben sich folgende flussbestimmende Gleichungen (Srinivasacharya und Bindu38, Xiangcheng und Shiyuan Li39 und Roja et al.40).

mit den Bedingungen (Srinivasacharya und Bindu38)

\(at\;y = h:\;u = 0,\;N = 0,\;k_{f} \frac{\partial T}{{\partial y}} + h_{1} \left( { T - T_{1} } \right) = 0\)

Und

\(\rho_{hnf} = \left( {1 - \phi_{2} } \right)\left[ {\left( {1 - \phi_{1} } \right)\rho_{f} + \phi_ {1} \rho_{{s_{1} }} } \right] + \phi_{2} \rho_{{s_{2} }}\)

\(\frac{{\sigma_{nf} }}{{\sigma_{f} }} = 1/\left( {\frac{{\sigma_{{s_{1} }} + 2\sigma_{f} + \phi_{1} \left( {\sigma_{f} - \sigma_{{s_{1} }} } \right)}}{{\sigma_{{s_{1} }} + 2\sigma_{f } - 2\phi_{1} \left( {\sigma_{f} - \sigma_{{s_{1} }} } \right)}}} \right)\)

\(\mu_{hnf} = \frac{{\mu_{f} }}{{\left( {1 - \phi_{1} } \right)^{2.5} \left( {1 - \phi_{2 } } \right)^{2.5} }}\)

\(k_{hnf} = \frac{{k_{{s_{2} }} + 2k_{nf} - 2\phi_{2} \left( {k_{nf} - k_{{s_{2} }} } \right)}}{{k_{{s_{2} }} + 2k_{nf} + \phi_{2} \left( {k_{nf} - k_{{s_{2} }} } \right) }} \times k_{nf}\)

\(\sigma_{hnf} = \frac{{\sigma_{{s_{2} }} + 2\sigma_{nf} - 2\phi_{2} \left( {\sigma_{nf} - \sigma_{{ s_{2} }} } \right)}}{{\sigma_{{s_{2} }} + 2\sigma_{nf} + \phi_{2} \left( {\sigma_{nf} - \sigma_{ {s_{2} }} } \right)}} \times \sigma_{nf}\)

\(k_{nf} = \frac{{k_{{s_{1} }} + 2k_{f} - 2\phi_{1} \left( {k_{f} - k_{{s_{1} }} } \right)}}{{k_{{s_{1} }} + 2k_{f} + \phi_{1} \left( {k_{f} - k_{{s_{1} }} } \right) }} \times k_{f}\)

\(\left( {\rho C_{p} } \right)_{hnf} = \left( {1 - \phi_{2} } \right)\left[ {\left( {1 - \phi_{1 } } \right)\left( {\rho C_{p} } \right)_{f} + \phi_{1} \left( {\rho C_{p} } \right)_{{s_{1} }} } \right] + \phi_{2} \left( {\rho C_{p} } \right)_{{s_{2} }}\)

wobei \(N\)-Mikrorotation, \(K = \,\frac{\kappa }{{\mu_{f} }}\) – Mikropolarparameter, \(\kappa\) – Wirbelviskosität,\( \rho\) die Dichte, \(\mu\) die dynamische Viskosität, \(j\) der Gyrationsparameter, \(g\) die Gravitation, \(\beta\) der thermische Ausdehnungskoeffizient, \(q_{ r}\) der Strahlungswärmefluss, \(\sigma\) die elektrische Leitfähigkeit, \(\gamma\) die Spingradientenviskosität und \(\gamma = \left( {\mu_{nf} + \frac{\kappa }{2}} \right)j = \mu_{f} \left( {\frac{{\mu_{nf} }}{{\mu_{f} }} + \frac{K}{2}} \ rechts)j\) und \(h_{1} ,h_{2}\) – der konvektive Wärmeübergangskoeffizient für die einzelne Platte. \(n\) Konstante und \(0 \le n \le 1\) (\(n = 0\) stellt starke Konzentration dar, \(n = 0,5\) antisymmetrischer Teil des Spannungstensors, der schwache Konzentration darstellt, \(n = 1\) wird bei der Modellierung des Strömungsproblems im Zusammenhang mit der turbulenten Grenzschicht berücksichtigt. \(\phi_{1}\) und \(\phi_{2}\) der Volumenanteil von \(MgO\)- und \(\,ZrO_{2}\)-Nanopartikeln, der Index \(hnf\) spezifiziert Hybrid-Nanofluid (zwei Nanomaterialien + eine Basisflüssigkeit), \(nf\) spezifiziert Nanoflüssigkeit (ein Nanomaterial + Basisflüssigkeit), \(s_{1}\) und \(s_{2}\) spezifiziert feste Partikel (1-MgO, 2-ZrO2) und \(f\) erfordert eine Basisflüssigkeit (-Polyethylenglykol (PEG)), \(k*\) mittleren Absorptionskoeffizienten und \(\sigma *\) Stefan-Boltzmann-Konstante.

Verwendung der nachfolgenden nichtdimensionalen Variablen (Roja et al.40)

in Gl. (2)–(5) werden nach dem nichtlinearen System von ODEs und den damit verbundenen Randbedingungen erhalten.

\(at\,\,\zeta = 1:\,\,\,\,\,f = 0,\,\,g = 0,\,\,\,\,\frac{d\theta }{ {d\zeta }} + Bi_{1} \left( \theta \right) = 0\).

In den obigen Gleichungen gilt

\(A_{1} = \left( {1 - \phi_{2} } \right)\left[ {\left( {1 - \phi_{1} } \right) + \phi_{1} \frac{ {\rho_{{s_{1} }} }}{{\rho_{f} }}} \right] + \phi_{2} \frac{{\rho_{{s_{2} }} }}{{ \rho_{f} }}\)

\(A_{4} = \frac{{k_{{s_{2} }} + 2A_{41} k_{f} - 2\phi_{2} \left( {A_{41} k_{f} - k_ {{s_{2} }} } \right)}}{{k_{{s_{2} }} + 2A_{41} k_{f} + \phi_{2} \left( {A_{41} k_{ f} - k_{{s_{2} }} } \right)}}\)

\(A_{2} = \left( {1 - \phi_{1} } \right)^{2.5} \left( {1 - \phi_{2} } \right)^{2.5}\)

\(A_{41} = 1/\left( {\frac{{k_{{s_{1} }} + 2k_{f} + \phi_{1} \left( {k_{f} - k_{{s_ {1} }} } \right)}}{{k_{{s_{1} }} + 2k_{f} - 2\phi_{1} \left( {k_{f} - k_{{s_{1} }} } \richtig richtig)\)

\(A_{3} = \left( {1 - \phi_{2} } \right)\left[ {\left( {1 - \phi_{1} } \right) + \phi_{1} \frac{ {\left( {\rho \beta } \right)_{{s_{1} }} }}{{\left( {\rho \beta } \right)_{f} }}} \right] + \ phi_{2} \frac{{\left( {\rho \beta } \right)_{{s_{2} }} }}{{\left( {\rho \beta } \right)_{f} } }\)

\(A_{5} = \left( {1 - \phi_{2} } \right)\left[ {\left( {1 - \phi_{1} } \right) + \phi_{1} \frac{ {\left( {\rho C_{p} } \right)_{{s_{1} }} }}{{\left( {\rho C_{p} } \right)_{f} }}} \ rechts] + \phi_{2} \frac{{\left( {\rho C_{p} } \right)_{{s_{2} }} }}{{\left( {\rho C_{p} } \right)_{f} }}\)

\(R = \frac{{\rho_{f} \upsilon_{0} h}}{{\mu_{f} }}\) die Ansaugung/Einspritzung, \(\Pr = \frac{{\mu_{f } \left( {C_{p} } \right)_{f} }}{{k_{f} }}\) die Prandtl-Zahl, \(Gr = \frac{{\rho_{f}^{2} g\beta_{f} \left( {T_{2} - T_{1} } \right)h^{3} }}{{\mu_{f}^{2} }}\) die Grashof-Zahl, \ (Br = \frac{{\mu_{f} U_{0}^{2} }}{{k_{f} \left( {T_{2} - T_{1} } \right)}}\) the Brinkman-Zahl, \(A = \frac{{h^{2} }}{{\mu_{f} U_{0} }}\frac{dp}{{dx}}\) der konstante Druckgradient, \( Q_{t} = \frac{{Q_{T}^{*} a^{2} }}{{k_{f} }}\) die Fourier-Wärmequelle oder -senke, \(M = \frac{{\ Sigma B_{0}^{2} h^{2} }}{{\mu_{f} }}\) die magnetische Zahl, \({\text{Re}} = \frac{{\rho_{f} U_{0} h}}{{\mu_{f} }}\) die Reynolds-Zahl, \(\,Bi_{i} = - \frac{{hh_{i} }}{{k_{f} }} \,\,for\,i = 1,2\) die Biot-Zahl, \(a_{j} = \frac{j}{{h^{2} }}\) der Mikroträgheitsparameter, \(Ra = \frac{{4\sigma *T_{1}^{3} }}{{k_{f} k*}}\) der Strahlungsparameter.

Die volumetrische Rate der Entropieoptimierung wird angegeben (Srinivasacharya und Bindu38, Roja et al.40) als

Mit Hilfe von (6) kann Gl. (11) kann überarbeitet werden als

wobei \(N_{s} \, = \,\frac{{h^{2} T_{1}^{2} }}{{k_{f} \left( {\Delta T} \right)^{ 2} }}S_{G}\) ist die dimensionslose Entropie und \(T_{p} = \frac{\Delta T}{{T_{1} }}\).

Die Bejan-Zahl ist gegeben durch:

Das ist,

Um die umgewandelten Gleichungen zu lösen, wird eine Mischung aus Schieß- und Runge-Kutta-Strategien 4. Ordnung verwendet. In dieser Studie werden Ergebnisse in zwei Fällen bereitgestellt: Hybrid-Nanoflüssigkeit und mikropolare Flüssigkeit.

Die Flüssigkeitsbewegung wird durch ein Magnetfeld erzeugt. Der Bestandteil der flüssigen Erektion, eine Kette, dreht sich in Richtung des angelegten Anziehungsfeldes. Während dieser Zeit kollidieren die Feststoffpartikel miteinander und bilden eine Barriere für den Flüssigkeitsstrom. Infolgedessen wird der Flüssigkeitsimpuls aufgrund des Anstiegs der Viskosität der Flüssigkeit minimiert (Abb. 2). Aus Abb. 3 geht hervor, dass der größere Druckgradient die Flüssigkeitsgeschwindigkeit minimiert. Physikalisch gesehen erzeugt der Druckgradient erwartungsgemäß höhere Kräfte entgegen der Strömungsrichtung, was zu einer Verschlechterung des Geschwindigkeitsfeldes führt. Im Allgemeinen nehmen mit steigender Grashoff-Zahl die viskosen Kräfte ab. Als Folge davon kommt es zu Geschwindigkeitsanstiegen (Abb. 4). Abbildung 5 verdeutlicht die Tatsache, dass der größere Trägheitsparameter das Rotationsprofil im Fall einer Newtonschen Flüssigkeitsströmung minimiert und dasselbe im Fall einer Hybrid-Nanoflüssigkeitsströmung verbessert. Beachten Sie, dass die Erhöhung des Trägheitsparameters die Drehung der Partikel minimiert.

Auswirkung von \(Bi_{2}\).

Einfluss von \(A\).

Auswirkungen von \(Gr\).

Auswirkung von \({\text{a}}_{j}\).

Abbildung 6 zeigte die Tatsache, dass die Biot-Zahl in der Nähe des unteren Kanals die Flüssigkeitstemperatur minimiert. Typischerweise kommt es mit dem Anstieg der Biot-Zahl zu einer positiven Eskalation des Temperaturgradienten in der Nähe des unteren Kanals. Die Temperatur sinkt also. Je höher der Wert von \(Br\), desto langsamer ist die Wärmeleitung durch viskose Dissipation und desto größer ist folglich der Temperaturanstieg (Abb. 7). Abbildung 8 zeigt, dass die Wärmequelle die Flüssigkeitstemperatur erhöht. Normalerweise beeinflusst eine höhere Wärmequelle die Erzeugung zusätzlicher Hitze in der Flüssigkeit und trägt so dazu bei, die thermische Grenze zu verbessern. Magnetfeld- und Strahlungsparameter mildern die Flüssigkeitstemperatur (Abb. 9, 10). Normalerweise erzeugen diese Parameter bei steigenden Werten eine hohe Wärmeenergie und Teilchenwechselwirkung. Während die geneigte Natur des Kanals manchmal dem allgemeinen physischen Verhalten entgegensteht, wurde sie aus diesem Grund reduziert.

Auswirkung von \(Bi_{2}\).

Einfluss von \(Br\).

Auswirkung von \(Q_{t}\).

Einfluss von \(M\).

Auswirkung von \(Ra\).

Die Abbildungen 11, 12, 13, 14, 15 zeigen den Einfluss verschiedener Parameter auf das Entropieerzeugungsprofil. Es wurde festgestellt, dass \(Bi_{2}\),\(Br\),\({\text{a}}_{j}\), \(Ra\) und \(Gr\) die Entropie eskalieren Generation. Beachten Sie, dass viskose Kräfte Reibung im Flüssigkeitsstrom ausüben, die die Hauptursache für die Entropieerzeugung ist. Die Bejan-Zahl ist das Verhältnis der Irreversibilität aufgrund von Wärmeübertragung zur vollständigen Irreversibilität aufgrund von Flüssigkeitsreibung und Wärmeübertragung und Flüssigkeitsreibung. Da die Erhöhung von \(Bi_{2}\) die konvektive Natur in der Hilfe verbessert, trägt dies dazu bei, die Entropieerzeugung zu fördern, die in Abb. 11 dargestellt ist. Der Einfluss der Mikroträgheit auf die Entropieerzeugung ist in Abb. 13 dargestellt gefunden, dass sich mit \({\text{a}}_{j}\) verbessert hat. Da die Mikroträgheit proportional zur Entropieerzeugung ist. Eine ganz ähnliche Leistung wurde bei der Erhöhung der Brickman-Zahl in Abb. 12 beobachtet. Abb. 14 zeigt die Wärmestrahlung bei der Entropieerzeugung. Wärmestrahlung erzeugt eine höhere Energie, um Wärmemoleküle schneller zu bewegen, und aus diesem Grund wird eine Verbesserung beobachtet. Da die Grashof-Zahl einen höheren Druck erzeugt, trägt dies dazu bei, den Partikeltransfer an der Grenzfläche zu verbessern, was zu einem Anstieg der Entropieerzeugung führt, was in Abb. 15 dargestellt ist.

Auswirkung von \(Bi_{2}\).

Einfluss von \(Br\).

Auswirkung von \({\text{a}}_{j}\).

Auswirkung von \(Ra\).

Auswirkungen von \(Gr\).

Die Abbildungen 16, 17, 18 verdeutlichen den Einfluss von \(Gr\), \(M\) und \({\text{a}}_{j}\) auf die Bejan-Zahl. Es wurde festgestellt, dass \(Gr\) die Be-Bejan-Zahl in der Mitte des Kanals verbessert und diese in anderen Bereichen minimiert (Abb. 16). Dies kann auf die Dominanz der Irreversibilität der Wärmeübertragung zurückzuführen sein, die mit der vollständigen Irreversibilität in der Mitte des Kanals einhergeht. Die Parameter \(M\) und \({\text{a}}_{j}\) zeigen ein gemischtes Verhalten bei der Bejan-Zahl (Abb. 17, 18). Wie bekannt ist, ist die Bejan-Zahl umgekehrt proportional zu den Parametern \(M\) und \({\text{a}}_{j}\). Aber interessanterweise führt die geneigte, irreversible und konvektive Natur der Strömung dazu, dass die Strömung chaotisch verläuft.

Auswirkungen von \(Gr\).

Einfluss von \(M\).

Auswirkung von \({\text{a}}_{j}\).

Die aktuellen Lösungen werden mit der bestehenden Lösung im eingeschränkten Fall validiert (\(\phi_{1} = \phi_{2} = Gr = M = Q_{t} = n = Ra = R = 0,A = {\text{ Re}} = 1,aj = 0\)) mit Makinde und Eegunjobi42 ist in Tabelle 2 dargestellt und ergab eine hervorragende Übereinstimmung mit diesen Lösungen, was uns dabei hilft, weiter voranzukommen.

Ein größerer Druckgradient minimiert die Flüssigkeitsgeschwindigkeit.

Ein größerer Trägheitsparameter minimiert das Rotationsprofil bei mikropolarer Flüssigkeitsströmung, verbessert es jedoch bei hybrider Nanoflüssigkeitsströmung.

Eine Erhöhung der Brinkmann-Zahl führt zu einer Verbesserung der Flüssigkeitstemperatur.

Magnetfeld- und Strahlungsparameter mildern die Flüssigkeitstemperatur.

\(Bi_{2}\),\(Br\),\({\text{a}}_{j}\), \(Ra\) und \(Gr\) steigern die Entropieerzeugung.

\(Gr\) Verbessert die Bejan-Zahl nahe der Mitte des Kanals und minimiert sie in anderen Bereichen.

Die während der aktuellen Studie generierten Daten sind auf begründete Anfrage beim entsprechenden Autor erhältlich.

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Diese Arbeit wurde vom Dekanat für wissenschaftliche Forschung, Vizepräsidentschaft für Graduiertenstudien und wissenschaftliche Forschung, King Faisal University, Saudi-Arabien [Grant No. 893] unterstützt.

Abteilung für Mathematik und Statistik, College of Science, King Faisal University, Al-Ahsa, 31982, Saudi-Arabien

S. Suresh Kumar Raju

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SSKR: Konzeptualisierung, Untersuchung, Schreiben – Originalentwurf, Schreiben – Überprüfung und Bearbeitung, Methodik, Formale Analyse, Ressourcen, Schreiben – Originalentwurf, Schreiben – Überprüfung und Bearbeitung. Validierung, Datenkuration, Software.

Korrespondenz mit S. Suresh Kumar Raju.

Der Autor gibt keine Interessenkonflikte an.

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Raju, SSK Dynamischer dissipativer und strahlender Fluss einer vergleichenden Irreversibilitätsanalyse von mikropolarem und hybridem Nanofluid über einem geneigten Kanal mit Joule-Heizung. Sci Rep 13, 5356 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-31920-1

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Eingegangen: 17. Januar 2023

Angenommen: 20. März 2023

Veröffentlicht: 01. April 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-31920-1

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Dynamischer dissipativer und strahlender Fluss einer vergleichenden Irreversibilitätsanalyse von mikropolarem und hybridem Nanofluid über einen geneigten Kanal mit Joule-Heizung