형상 및 미끄럼 효과에 영향을 받는 하이브리드 나노유체의 열 전달 및 흐름 특성을 조사하기 위한 Prabhakar 분수 접근법을 통한 정확한 솔루션

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 7810(2023) 이 기사 인용

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본 연구의 핵심은 그래핀과 마그네시아 나노입자의 분산에 따른 엔진 오일의 열효율 향상을 기대하기 위해 최근 제안된 분수 기법을 이용하여 일반화 모델을 개발하는 것이다. 앞선 입자의 시너지 특성을 조사하는 것 외에도 이 연구에서는 기둥, 벽돌, 사면체, 블레이드 및 박판형 모양에 대한 모양 영향을 평가합니다. 기본 모델에서 흐름 방정식은 농도 및 에너지 함수와 결합됩니다. 이 고전 시스템은 Prabhakar 분수 연산자 덕분에 열 및 확산 플럭스의 수학적 표현을 일반화하여 분수 환경으로 변환됩니다. 본 연구에서는 하이브리드 나노유체의 거동을 조사하기 위해 처음으로 경사 흐름 조건과 온도 슬립 조건을 동시에 적용했습니다. 이 문제의 수학적 분석에는 차원 독립적인 매개변수를 모델에 통합하고 결과 방정식에 대한 라플라스 변환을 실행하는 작업이 포함됩니다. 이를 통해 Mittag-Leffler 함수의 형태로 정확한 해가 도출됩니다. 온도 변화와 흐름 역학의 모든 측면을 검토하기 위해 정확한 솔루션을 통해 여러 그림이 개발되었습니다. 이러한 그림을 준비하기 위한 매개변수 범위의 세부 사항은 다음과 같습니다: \(0.00 \le \varUpsilon \le 0.04\), \(2.0 \le Gr_1 \le 8.0\), \(0.5 \le Sc \le 2.0 \), \(0.1 \le \uptau \le 4.0\), \(0.1 \le d \le 0.6\), \(0.2 \le \lambda _1 \le 1.5\) 및 \(1.0 \le Gr_2 \ 르 7.0\). 엔진 오일의 열 전달 특성을 향상시키는 데 있어 다양한 모양의 나노 입자, 부피 비율 및 분수 매개변수의 기여도 예상됩니다. 이와 관련하여 Nusselt 수에 대한 결과가 표 형식으로 제공됩니다. 또한 분수 매개변수와 마그네시아, 그래핀 및 엔진 오일의 다양한 조합에 대해 전단 응력에 대한 간략한 분석이 수행됩니다. 이 조사에서는 엔진 오일과 마그네시아 및 그래핀의 하이브리드화로 인해 열 성능이 33% 증가하여 산업적 중요성이 분명히 향상될 것으로 예상합니다. 슈미트 수가 향상되면 물질 전달 속도가 향상됩니다. 집합적 부피 분율의 증가는 열장의 프로파일을 증가시킵니다. 그러나 속도는 감소하는 동작을 나타냅니다. 너셀트 수는 고려된 입자의 층 모양에 대해 가장 높은 값(\(Nu=8.1363\))에 도달합니다. 부력의 강도가 증가하면 속도가 증가합니다.

다양한 도구와 기술을 사용하여 다양한 거시적 규모의 물체를 제작함으로써 분자와 원자를 정확하게 제어하려는 구체적인 기술적 목표가 나노기술로 인식됩니다. 물질과 기계가 날로 작아지고, 더 많은 특성과 기능이 축적되는 현대 진보 시대에 나노기술은 빠르게 확산되고 있습니다. 이는 광범위한 과학적 발전을 제공하고 많은 산업 분야에서 다양한 고급 장치 및 도구의 개발 및 기능을 촉진합니다. 예를 들어 제약 산업, 정유 공장, 나노전자공학, 자동차 제조, 에너지 부문 등이 있습니다. 과학자들에게 있어서 나노기술의 가장 흥미로운 측면에는 경제적 이점, 시간 및 자원 효율성, 물체의 특징 개선 등이 포함됩니다. 생체재료공학, 나노의학, 유기화학, 표면과학, 에너지 생산 등 다양한 분야의 연구자들이 나노기술의 장점과 응용에 대해 논의했습니다1,2. 나노기술의 핵심 구성 부분 중 하나는 열 전달 문제를 적절하게 관리하기 위해 주로 사용되는 나노유체입니다. 오늘날에는 단열재, 원자력 발전소, 섬유 코팅, 열 교환기 및 원자로 유동화와 같은 수많은 산업 운영 전반에 걸쳐 초민감 장비에 대한 충분한 온도 제어를 확보하는 것이 가장 중요한 과제입니다. 이러한 활동에 참여하는 일반 유체에는 잉여 열을 처리하는 데 필요한 기능이 부족합니다. 따라서 전문가들은 이러한 일반 유체의 열적 적합성을 높이기 위해 여러 가지 방법론을 고안했습니다. 열 전달 가능성을 높이는 원인일 뿐만 아니라 일반 유체의 마모 방지, 윤활 및 부식 방지 특성을 향상시키는 나노유체의 출현은 이 영역의 패러다임 전환으로 평가됩니다.