Heat and mass transfer analysis for magnetized flow of $${\mathrm{ZnO}-SAE50}$$ nanolubricant with variable properties: an application of Cattaneo–Christov model
- 1. Islamia University of Bahawalpur
- 2. Government Sadiq College Women University
- 3. University of Aden
Description
Abstract The current study scrutinizes heat and mass transfer features of magnetized flow of $${\mathrm{ZnO}-SAE50}$$ ZnO-SAE50 nanolubricant over Riga plate in a Darcy Forchheimer medium. The effects of variable viscosity, thermal radiation, variable thermal conductivity, viscous dissipation and uniform heat source/sink are examined in this study. The diffusion model presented by Cattaneo–Christov is incorporated in this study to enclose heat and mass transport phenomenon. Additionally, the mass transfer rate is inspected subjected to the effects of variable solutal diffusivity and higher order chemical reaction. Heat and mass transfer phenomena have significant applications in the disciplines of science and technology that can be seen everywhere in nature. This simultaneous transportation phenomenon indicates a variety of applications in manufacturing processes, aerodynamics, cooling systems, environmental sciences, oceanography, food industries, biological disciplines, and energy transport systems etc. The modeled system of PDEs is metamorphosed to nonlinear ODEs with the introduction of appropriate transformations. An eminent bvp4c method in MATLAB has been incorporated to execute the resulting system of ODEs numerically. The outcomes of velocity, temperature and concentration profiles corresponding to various emerging parameters have been exposed graphically. The motion of $${\mathrm{ZnO}-SAE50}$$ ZnO-SAE50 nanolubricant tends to enhance significantly with larger modified Hartmann number, whereas converse behavior is reported by increasing porosity parameter and variable viscosity parameter. The greater heat transfer rate is observed for variable thermal conductivity parameter. The rates of heat and mass transfer slow down for thermal and solutal time relaxation parameters respectively. The concentration profile gets enriched by growing the order of the chemical reaction and variable mass diffusivity parameter. It is concluded that by increasing solid volume fraction up to $$1.5\%$$ 1.5% , the viscosity of the nanolubricant enhances up to $$12\%$$ 12% which consequently slows down motion of the nanolubricant but increases temperature and concentration profiles.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
ملخص تفحص الدراسة الحالية ميزات انتقال الحرارة والكتلة للتدفق الممغنط من $$${\ mathrm{ZnO }- SAE50 }$$ ZnO-SAE50 nanolubricant over Riga plate in a Darcy Forchheimer medium. يتم فحص تأثيرات اللزوجة المتغيرة والإشعاع الحراري والتوصيل الحراري المتغير والتبديد اللزج ومصدر/حوض الحرارة الموحد في هذه الدراسة. تم دمج نموذج الانتشار الذي قدمه كاتانيو كريستوف في هذه الدراسة لإحاطة ظاهرة الحرارة والانتقال الجماعي. بالإضافة إلى ذلك، يتم فحص معدل نقل الكتلة مع إخضاعه لتأثيرات الانتشار المتحلل المتغير والتفاعل الكيميائي العالي الترتيب. لظاهرة الحرارة وانتقال الكتلة تطبيقات مهمة في تخصصات العلوم والتكنولوجيا التي يمكن رؤيتها في كل مكان في الطبيعة. تشير ظاهرة النقل المتزامن هذه إلى مجموعة متنوعة من التطبيقات في عمليات التصنيع والديناميكا الهوائية وأنظمة التبريد والعلوم البيئية وعلم المحيطات والصناعات الغذائية والتخصصات البيولوجية وأنظمة نقل الطاقة وما إلى ذلك. يتم تحويل النظام المنمذج لإكسسوارات PDEs إلى إكسسوارات ODEs غير الخطية مع إدخال التحولات المناسبة. تم دمج طريقة bvp4c بارزة في MATLAB لتنفيذ النظام الناتج من ODEs عدديًا. تم عرض نتائج ملفات السرعة ودرجة الحرارة والتركيز المقابلة لمختلف المعلمات الناشئة بيانياً. تميل حركة مادة التشحيم النانوية $${\ mathrm{ZnO }- SAE50 }$$$ ZnO-SAE50 إلى التحسن بشكل كبير مع عدد هارتمان المعدل الأكبر، في حين يتم الإبلاغ عن السلوك العكسي عن طريق زيادة معلمة المسامية ومعلمة اللزوجة المتغيرة. لوحظ معدل نقل الحرارة الأكبر لمعلمة الموصلية الحرارية المتغيرة. تتباطأ معدلات نقل الحرارة والكتلة لمعلمات استرخاء الوقت الحراري والمذيب على التوالي. يتم إثراء ملف التركيز من خلال زيادة ترتيب التفاعل الكيميائي ومعلمة انتشار الكتلة المتغيرة. تم استنتاج أنه من خلال زيادة جزء الحجم الصلب حتى $$ 1.5 \%$ 1.5%، فإن لزوجة المادة المزلقة النانوية تعزز ما يصل إلى $$ 12 \%$ 12% مما يؤدي بالتالي إلى إبطاء حركة المادة المزلقة النانوية ولكنه يزيد من درجات الحرارة والتركيز.Translated Description (French)
Résumé La présente étude examine les caractéristiques de transfert de chaleur et de masse du flux magnétisé de $${\mathrm{ZnO} -SAE50}$$ ZnO-SAE50 nanolubrifiant sur la plaque de Riga dans un milieu Darcy Forchheimer. Les effets de la viscosité variable, du rayonnement thermique, de la conductivité thermique variable, de la dissipation visqueuse et de la source/puits de chaleur uniforme sont examinés dans cette étude. Le modèle de diffusion présenté par Cattaneo–Christov est intégré dans cette étude pour englober le phénomène de chaleur et de transport de masse. De plus, le taux de transfert de masse est inspecté sous l'effet de la diffusivité solutale variable et de la réaction chimique d'ordre supérieur. Les phénomènes de transfert de chaleur et de masse ont des applications significatives dans les disciplines de la science et de la technologie que l'on peut voir partout dans la nature. Ce phénomène de transport simultané indique une variété d'applications dans les processus de fabrication, l'aérodynamique, les systèmes de refroidissement, les sciences de l'environnement, l'océanographie, les industries alimentaires, les disciplines biologiques et les systèmes de transport d'énergie, etc. Le système modélisé de PDE est métamorphosé en ODE non linéaires avec l'introduction de transformations appropriées. Une méthode éminente bvp4c dans Matlab a été incorporée pour exécuter numériquement le système d'ODE résultant. Les résultats des profils de vitesse, de température et de concentration correspondant à divers paramètres émergents ont été exposés graphiquement. Le mouvement du $${\mathrm{ZnO} -SAE50}$$ ZnO-SAE50 nanolubricant tend à s'améliorer de manière significative avec un plus grand nombre de Hartmann modifié, tandis que le comportement inverse est signalé en augmentant le paramètre de porosité et le paramètre de viscosité variable. Le taux de transfert de chaleur plus élevé est observé pour un paramètre de conductivité thermique variable. Les vitesses de transfert de chaleur et de masse ralentissent respectivement pour les paramètres de relaxation du temps thermique et solutal. Le profil de concentration s'enrichit en augmentant l'ordre de la réaction chimique et le paramètre de diffusivité de masse variable. Il est conclu qu'en augmentant la fraction volumique solide jusqu'à $$ 1,5\%$ 1,5 %, la viscosité du nanolubricant augmente jusqu'à $ $ 12\% $ $ 12 %, ce qui ralentit par conséquent le mouvement du nanolubricant mais augmente les profils de température et de concentration.Translated Description (Spanish)
Resumen El presente estudio examina las características de transferencia de calor y masa del flujo magnetizado de $${\mathrm{ZnO}-SAE50}$$ ZnO-SAE50 nanolubricante sobre la placa de Riga en un medio Darcy Forchheimer. En este estudio se examinan los efectos de la viscosidad variable, la radiación térmica, la conductividad térmica variable, la disipación viscosa y la fuente/sumidero de calor uniforme. El modelo de difusión presentado por Cattaneo–Christov se incorpora en este estudio para encerrar el fenómeno de transporte de calor y masa. Además, la tasa de transferencia de masa se inspecciona sujeta a los efectos de la difusividad solutal variable y la reacción química de orden superior. Los fenómenos de transferencia de calor y masa tienen aplicaciones significativas en las disciplinas de la ciencia y la tecnología que se pueden ver en todas partes en la naturaleza. Este fenómeno de transporte simultáneo indica una variedad de aplicaciones en procesos de fabricación, aerodinámica, sistemas de enfriamiento, ciencias ambientales, oceanografía, industrias alimentarias, disciplinas biológicas y sistemas de transporte de energía, etc. El sistema modelado de PDE se metamorfosea a ODE no lineales con la introducción de transformaciones apropiadas. Se ha incorporado un método eminente de bvp4c en MATLAB para ejecutar numéricamente el sistema resultante de ODEs. Los resultados de los perfiles de velocidad, temperatura y concentración correspondientes a varios parámetros emergentes se han expuesto gráficamente. El movimiento del nanolubricante $${\mathrm{ZnO} -SAE50}$$ ZnO-SAE50 tiende a mejorar significativamente con un número de Hartmann modificado más grande, mientras que el comportamiento inverso se informa al aumentar el parámetro de porosidad y el parámetro de viscosidad variable. La mayor tasa de transferencia de calor se observa para el parámetro de conductividad térmica variable. Las tasas de transferencia de calor y masa se ralentizan para los parámetros de relajación térmica y de tiempo de solución, respectivamente. El perfil de concentración se enriquece al aumentar el orden de la reacción química y el parámetro de difusividad de masa variable. Se concluye que al aumentar la fracción de volumen sólido hasta $$ 1.5\%$$ 1.5%, la viscosidad del nanolubricante mejora hasta $ $ 12\% $ $ 12%, lo que en consecuencia ralentiza el movimiento del nanolubricante pero aumenta los perfiles de temperatura y concentración.Files
s41598-023-35988-7.pdf.pdf
Files
(3.6 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:424f658b8cec6d12de2afa1fe445864b
|
3.6 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- تحليل انتقال الحرارة والكتلة للتدفق الممغنط لمواد التشحيم النانوية $${\mathrm{ZnO }- SAE50}$$ ذات الخصائص المتغيرة: تطبيق لنموذج كاتانيو كريستوف
- Translated title (French)
- Analyse de transfert de chaleur et de masse pour un flux magnétisé de $${\mathrm{ZnO} -SAE50}$$ nanolubricant à propriétés variables : une application du modèle de Cattaneo-Christov
- Translated title (Spanish)
- Análisis de transferencia de calor y masa para flujo magnetizado de $${\mathrm{ZnO} -SAE50}$$ nanolubricante con propiedades variables: una aplicación del modelo Cattaneo-Christov
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4378783322
- DOI
- 10.1038/s41598-023-35988-7
References
- https://openalex.org/W1988950822
- https://openalex.org/W2010142289
- https://openalex.org/W2046295804
- https://openalex.org/W2079260556
- https://openalex.org/W2157176463
- https://openalex.org/W2167047939
- https://openalex.org/W2214850420
- https://openalex.org/W2260965152
- https://openalex.org/W2321870030
- https://openalex.org/W2400842334
- https://openalex.org/W2402686055
- https://openalex.org/W2408437234
- https://openalex.org/W2512917725
- https://openalex.org/W2552256817
- https://openalex.org/W2604538855
- https://openalex.org/W2605120803
- https://openalex.org/W2605277590
- https://openalex.org/W2622951986
- https://openalex.org/W2682724093
- https://openalex.org/W2755198286
- https://openalex.org/W2769012756
- https://openalex.org/W2792865224
- https://openalex.org/W2883856503
- https://openalex.org/W2900634090
- https://openalex.org/W2942815567
- https://openalex.org/W3019972810
- https://openalex.org/W3044969196
- https://openalex.org/W3111791164
- https://openalex.org/W3115050857
- https://openalex.org/W3129239072
- https://openalex.org/W3159135774
- https://openalex.org/W3164360232
- https://openalex.org/W3170632766
- https://openalex.org/W3173355072
- https://openalex.org/W3192640040
- https://openalex.org/W3194866242
- https://openalex.org/W3204849485
- https://openalex.org/W3209200941
- https://openalex.org/W4200010087
- https://openalex.org/W4221124166
- https://openalex.org/W4285033989
- https://openalex.org/W4286225008
- https://openalex.org/W4293168145
- https://openalex.org/W4293309798
- https://openalex.org/W4296604554
- https://openalex.org/W4306163987
- https://openalex.org/W4313325274