Published March 21, 2023
| Version v1
Publication
Open
Heat transfer analysis of fractional model of couple stress Casson tri-hybrid nanofluid using dissimilar shape nanoparticles in blood with biomedical applications
- 1. King Mongkut's University of Technology Thonburi
- 2. University of Verona
- 3. Siirt University
Description
During last decades the research of nanofluid is of great interest all over the World, particularly because of its thermal applications in engineering, and biological sciences. Although nanofluid performance is well appreciate and showed good results in the heat transport phenomena, to further improve conventional base fluids thermal performance an increasing number of researchers have started considering structured nanoparticles suspension in one base fluid. As to make an example, when considering the suspension of three different nanoparticles in a single base fluid we have the so called "ternary hybrid nanofluid". In the present study three different shaped nanoparticles are uniformly dispersed in blood. In particular, the three different shaped nanoparticles are spherical shaped ferric oxide [Formula: see text], platelet shaped zinc [Formula: see text], and cylindrical shaped gold [Formula: see text], which are considered in blood base fluid because of related advance pharmaceutical applications. Accordingly, we focused our attention on the sharp evaluation of heat transfer for the unsteady couple stress Casson tri-hybrid nanofluid flow in channel. In particular, we formulated the problem via momentum and energy equations in terms of partial differential equations equipped with realistic physical initial and boundary conditions. Moreover, we transformed classical model into their fractional counterparts by applying the Atangana-Baleanu time-fractional operator. Solutions to velocity and temperature equations have been obtained by using both the Laplace and the Fourier transforms, while the effect of physical parameters on velocity and temperature profiles, have been graphically analyzed exploiting MATHCAD. In particular, latter study clearly shows that for higher values of volume fraction [Formula: see text] of the nanoparticles the fluid velocity declines, while the temperature rises for the higher values of volume fraction [Formula: see text] of the nanoparticles. Using blood-based ternary hybrid nanofluid enhances the rate of heat transfer up-to 8.05%, spherical shaped [Formula: see text] enhances up-to 4.63%, platelet shaped [Formula: see text] nanoparticles enhances up-to 8.984% and cylindrical shaped gold [Formula: see text] nanoparticles enhances up-to 10.407%.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
خلال العقود الماضية، كانت أبحاث السوائل النانوية ذات أهمية كبيرة في جميع أنحاء العالم، لا سيما بسبب تطبيقاتها الحرارية في الهندسة والعلوم البيولوجية. على الرغم من أن أداء السوائل النانوية يقدر جيدًا وأظهر نتائج جيدة في ظواهر النقل الحراري، إلا أنه لزيادة تحسين الأداء الحراري للسوائل القاعدية التقليدية، بدأ عدد متزايد من الباحثين في التفكير في تعليق الجسيمات النانوية المهيكلة في سائل قاعدي واحد. ولإعطاء مثال على ذلك، عند النظر في تعليق ثلاثة جسيمات نانوية مختلفة في سائل أساسي واحد، لدينا ما يسمى "السائل النانوي الهجين الثلاثي". في هذه الدراسة، تنتشر ثلاثة جسيمات نانوية مختلفة الشكل بشكل موحد في الدم. على وجه الخصوص، الجسيمات النانوية الثلاثة المختلفة الشكل هي أكسيد الحديديك على شكل كروي [الصيغة: انظر النص]، والزنك على شكل صفيحة [الصيغة: انظر النص]، والذهب على شكل أسطواني [الصيغة: انظر النص]، والتي تعتبر في سائل قاعدة الدم بسبب التطبيقات الصيدلانية المتقدمة ذات الصلة. وفقًا لذلك، ركزنا انتباهنا على التقييم الحاد لنقل الحرارة للزوجين غير المستقرين اللذين يضغطان على تدفق المائع النانوي ثلاثي الهجين في القناة. على وجه الخصوص، قمنا بصياغة المشكلة عبر معادلات الزخم والطاقة من حيث المعادلات التفاضلية الجزئية المجهزة بشروط أولية وحدودية فيزيائية واقعية. علاوة على ذلك، قمنا بتحويل النموذج الكلاسيكي إلى نظرائهم الكسريين من خلال تطبيق عامل التشغيل الكسري الزمني Atangana - Baleanu. تم الحصول على حلول لمعادلات السرعة ودرجة الحرارة باستخدام كل من تحويلات لابلاس وفورييه، في حين تم تحليل تأثير المعلمات الفيزيائية على ملفات تعريف السرعة ودرجة الحرارة رسوميًا باستخدام MATHCAD. على وجه الخصوص، تُظهر الدراسة الأخيرة بوضوح أنه بالنسبة للقيم الأعلى لجزء الحجم [الصيغة: انظر النص] للجسيمات النانوية، تنخفض سرعة السائل، بينما ترتفع درجة الحرارة للقيم الأعلى لجزء الحجم [الصيغة: انظر النص] للجسيمات النانوية. يعزز استخدام السائل النانوي الهجين الثلاثي القائم على الدم معدل نقل الحرارة بنسبة تصل إلى 8.05 ٪، ويعزز الشكل الكروي [الصيغة: انظر النص] ما يصل إلى 4.63 ٪، ويعزز شكل الصفائح الدموية [الصيغة: انظر النص] الجسيمات النانوية بنسبة تصل إلى 8.984 ٪ والذهب الأسطواني [الصيغة: انظر النص] الجسيمات النانوية بنسبة تصل إلى 10.407 ٪.Translated Description (French)
Au cours des dernières décennies, la recherche sur les nanofluides a suscité un grand intérêt dans le monde entier, notamment en raison de ses applications thermiques en ingénierie et en sciences biologiques. Bien que les performances des nanofluides soient bien appréciées et aient montré de bons résultats dans les phénomènes de transport de chaleur, pour améliorer davantage les performances thermiques des fluides de base conventionnels, un nombre croissant de chercheurs ont commencé à envisager la suspension de nanoparticules structurées dans un fluide de base. Pour faire un exemple, lorsque l'on considère la suspension de trois nanoparticules différentes dans un fluide de base unique, nous avons le soi-disant « nanofluide hybride ternaire ». Dans la présente étude, trois nanoparticules de forme différente sont uniformément dispersées dans le sang. En particulier, les trois nanoparticules de forme différente sont l'oxyde ferrique de forme sphérique [Formule : voir texte], le zinc en forme de plaquettes [Formule : voir texte] et l'or de forme cylindrique [Formule : voir texte], qui sont considérés dans le liquide de base sanguin en raison des applications pharmaceutiques avancées connexes. En conséquence, nous avons concentré notre attention sur l'évaluation précise du transfert de chaleur pour le flux de nanofluide tri-hybride Casson à contrainte de couple instable dans le canal. En particulier, nous avons formulé le problème via des équations de quantité de mouvement et d'énergie en termes d'équations aux dérivées partielles équipées de conditions physiques initiales et limites réalistes. De plus, nous avons transformé le modèle classique en leurs homologues fractionnaires en appliquant l'opérateur fractionnaire du temps Atangana-Baleanu. Des solutions aux équations de vitesse et de température ont été obtenues en utilisant à la fois les transformées de Laplace et de Fourier, tandis que l'effet des paramètres physiques sur les profils de vitesse et de température a été analysé graphiquement en exploitant MATHCAD. En particulier, cette dernière étude montre clairement que pour des valeurs plus élevées de fraction volumique [Formule : voir texte] des nanoparticules, la vitesse du fluide diminue, tandis que la température augmente pour les valeurs plus élevées de fraction volumique [Formule : voir texte] des nanoparticules. L'utilisation d'un nanofluide hybride ternaire à base de sang augmente le taux de transfert de chaleur jusqu'à 8,05 %, les nanoparticules de forme sphérique [Formule : voir texte] augmentent jusqu'à 4,63 %, les nanoparticules de forme plaquettaire [Formule : voir texte] augmentent jusqu'à 8,984 % et les nanoparticules d'or de forme cylindrique [Formule : voir texte] augmentent jusqu'à 10,407 %.Translated Description (Spanish)
Durante las últimas décadas, la investigación de nanofluidos es de gran interés en todo el mundo, particularmente debido a sus aplicaciones térmicas en ingeniería y ciencias biológicas. Aunque el rendimiento de los nanofluidos es bien apreciado y mostró buenos resultados en los fenómenos de transporte de calor, para mejorar aún más el rendimiento térmico de los fluidos base convencionales, un número creciente de investigadores ha comenzado a considerar la suspensión de nanopartículas estructuradas en un fluido base. Por poner un ejemplo, al considerar la suspensión de tres nanopartículas diferentes en un solo fluido base tenemos el denominado "nanofluido híbrido ternario". En el presente estudio, tres nanopartículas de diferentes formas se dispersan uniformemente en la sangre. En particular, las tres nanopartículas de forma diferente son óxido férrico de forma esférica [Fórmula: ver texto], zinc en forma de plaquetas [Fórmula: ver texto] y oro de forma cilíndrica [Fórmula: ver texto], que se consideran en el fluido de base sanguínea debido a las aplicaciones farmacéuticas avanzadas relacionadas. En consecuencia, centramos nuestra atención en la evaluación aguda de la transferencia de calor para el flujo de nanofluido trihíbrido Casson de tensión de pareja inestable en el canal. En particular, formulamos el problema a través de ecuaciones de momento y energía en términos de ecuaciones diferenciales parciales equipadas con condiciones físicas iniciales y de contorno realistas. Además, transformamos el modelo clásico en sus contrapartes fraccionarias aplicando el operador de tiempo fraccionario de Atangana-Baleanu. Las soluciones a las ecuaciones de velocidad y temperatura se han obtenido mediante el uso de las transformadas de Laplace y Fourier, mientras que el efecto de los parámetros físicos en los perfiles de velocidad y temperatura se ha analizado gráficamente utilizando MATHCAD. En particular, este último estudio muestra claramente que para valores más altos de fracción de volumen [Fórmula: ver texto] de las nanopartículas, la velocidad del fluido disminuye, mientras que la temperatura aumenta para los valores más altos de fracción de volumen [Fórmula: ver texto] de las nanopartículas. El uso de nanofluidos híbridos ternarios a base de sangre mejora la tasa de transferencia de calor hasta un 8,05%, las nanopartículas de forma esférica [Fórmula: ver texto] mejoran hasta un 4,63%, las nanopartículas en forma de plaquetas [Fórmula: ver texto] mejoran hasta un 8,984% y las nanopartículas de oro en forma cilíndrica [Fórmula: ver texto] mejoran hasta un 10,407%.Files
s41598-022-25127-z.pdf.pdf
Files
(3.6 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:6308bb7a6060056bd501916105ce2bab
|
3.6 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- تحليل انتقال الحرارة للنموذج الكسري للزوجين إجهاد كاسون ثلاثي الهجين النانوي باستخدام جسيمات نانوية ذات شكل مختلف في الدم مع التطبيقات الطبية الحيوية
- Translated title (French)
- Analyse par transfert de chaleur du modèle fractionnel du nanofluide trihybride de Casson à contrainte de couple à l'aide de nanoparticules de forme différente dans le sang avec des applications biomédicales
- Translated title (Spanish)
- Análisis de transferencia de calor del modelo fraccional de nanofluido trihíbrido Casson de estrés de pareja utilizando nanopartículas de forma diferente en sangre con aplicaciones biomédicas
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4328125442
- DOI
- 10.1038/s41598-022-25127-z
References
- https://openalex.org/W1510798826
- https://openalex.org/W1520949239
- https://openalex.org/W1982261380
- https://openalex.org/W2078171166
- https://openalex.org/W2090313332
- https://openalex.org/W2207710677
- https://openalex.org/W2483375472
- https://openalex.org/W2522162949
- https://openalex.org/W2620564695
- https://openalex.org/W2740465091
- https://openalex.org/W2798050786
- https://openalex.org/W2810262342
- https://openalex.org/W2946634892
- https://openalex.org/W2955264268
- https://openalex.org/W2975001683
- https://openalex.org/W2983504174
- https://openalex.org/W2985053479
- https://openalex.org/W2994200202
- https://openalex.org/W2994991673
- https://openalex.org/W3001711482
- https://openalex.org/W3008645502
- https://openalex.org/W3014567336
- https://openalex.org/W3016553351
- https://openalex.org/W3024212537
- https://openalex.org/W3033651899
- https://openalex.org/W3102269112
- https://openalex.org/W3107323053
- https://openalex.org/W3109542624
- https://openalex.org/W3113788635
- https://openalex.org/W3120910165
- https://openalex.org/W3123981949
- https://openalex.org/W3126193484
- https://openalex.org/W3134644069
- https://openalex.org/W3135756249
- https://openalex.org/W3146459518
- https://openalex.org/W3153603397
- https://openalex.org/W3172516682
- https://openalex.org/W3182234368
- https://openalex.org/W3197883251
- https://openalex.org/W3204306350
- https://openalex.org/W3208099434
- https://openalex.org/W3209457912
- https://openalex.org/W3212548674
- https://openalex.org/W3216104836
- https://openalex.org/W4200017831
- https://openalex.org/W4200118104
- https://openalex.org/W4200453635
- https://openalex.org/W4205901425
- https://openalex.org/W4210470571
- https://openalex.org/W4210549303
- https://openalex.org/W4213289620
- https://openalex.org/W4220890852
- https://openalex.org/W4225820497
- https://openalex.org/W4226071284
- https://openalex.org/W4230959423
- https://openalex.org/W4247465432
- https://openalex.org/W4280652167
- https://openalex.org/W4283589881
- https://openalex.org/W4284976099
- https://openalex.org/W4285680696
- https://openalex.org/W791188502