Published March 17, 2023 | Version v1
Publication Open

A time fractional model of a Maxwell nanofluid through a channel flow with applications in grease

Creators

  • 1. City University of Science and Information Technology
  • 2. Saudi Electronic University
  • 3. Majmaah University
  • 4. Future University in Egypt

Description

Several scientists are interested in recent developments in nanotechnology and nanoscience. Grease is an essential component of many machines and engines because it helps keep them cool by reducing friction between their various elements. In sealed life applications including centralized lubrication systems, electrical motors, bearings, logging and mining machinery, truck wheel hubs, construction, landscaping, and gearboxes, greases are also utilized. Nanoparticles are added to convectional grease to improve its cooling and lubricating properties. More specifically, the current study goal is to investigate open channel flow while taking grease into account as a Maxwell fluid with MoS2 nanoparticles suspended in it. The Caputo-Fabrizio time-fractional derivative is used to convert the issue from a linked classical order PDE to a local fractional model. To determine the precise solutions for the velocity, temperature, and concentration distributions, two integral transform techniques the finite Fourier sine and the Laplace transform technique are jointly utilized. The resultant answers are physically explored and displayed using various graphs. It is important to note that the fractional model, which offers a variety of integral curves, more accurately depicts the flow behavior than the classical model. Skin friction, the Nusselt number, and the Sherwood number are engineering-related numbers that are quantitatively determined and displayed in tabular form. It is determined that adding MoS2 nanoparticles to grease causes a 19.1146% increase in heat transmission and a 2.5122% decrease in mass transfer. The results obtained in this work are compared with published literature for the accuracy purpose.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

يهتم العديد من العلماء بالتطورات الأخيرة في تكنولوجيا النانو وعلوم النانو. يعد الشحم مكونًا أساسيًا للعديد من الآلات والمحركات لأنه يساعد على الحفاظ عليها باردة عن طريق تقليل الاحتكاك بين عناصرها المختلفة. في تطبيقات الحياة المغلقة بما في ذلك أنظمة التشحيم المركزية والمحركات الكهربائية والمحامل وآلات قطع الأشجار والتعدين ومراكز عجلات الشاحنات والبناء والمناظر الطبيعية وعلب التروس، يتم استخدام الشحوم أيضًا. تضاف الجسيمات النانوية إلى الشحم الحراري لتحسين خصائص التبريد والتشحيم. وبشكل أكثر تحديدًا، فإن هدف الدراسة الحالي هو التحقق من تدفق القناة المفتوحة مع أخذ الشحوم في الاعتبار كسائل ماكسويل مع تعليق جزيئات MoS2 النانوية فيه. يتم استخدام المشتق الكسري الزمني Caputo - Fabrizio لتحويل المشكلة من PDE ذو ترتيب كلاسيكي مرتبط إلى نموذج كسور محلي. لتحديد الحلول الدقيقة لتوزيعات السرعة ودرجة الحرارة والتركيز، يتم استخدام تقنيتي تحويل متكاملتين هما جيب فورييه المحدود وتقنية تحويل لابلاس بشكل مشترك. يتم استكشاف الإجابات الناتجة فعليًا وعرضها باستخدام رسوم بيانية مختلفة. من المهم ملاحظة أن النموذج الكسري، الذي يقدم مجموعة متنوعة من المنحنيات المتكاملة، يصور سلوك التدفق بدقة أكبر من النموذج الكلاسيكي. احتكاك الجلد ورقم نوسيلت ورقم شيروود هي أرقام ذات صلة بالهندسة يتم تحديدها كميًا وعرضها في شكل جدول. تم تحديد أن إضافة جزيئات MoS2 النانوية إلى الشحوم يسبب زيادة بنسبة 19.1146 ٪ في نقل الحرارة وانخفاض بنسبة 2.5122 ٪ في نقل الكتلة. تتم مقارنة النتائج التي تم الحصول عليها في هذا العمل مع الأدبيات المنشورة لغرض الدقة.

Translated Description (French)

Plusieurs scientifiques s'intéressent aux développements récents en nanotechnologie et en nanoscience. La graisse est un composant essentiel de nombreuses machines et moteurs car elle aide à les garder au frais en réduisant les frottements entre leurs différents éléments. Dans les applications à durée de vie scellée, y compris les systèmes de lubrification centralisés, les moteurs électriques, les roulements, les machines d'exploitation forestière et minière, les moyeux de roues de camion, la construction, l'aménagement paysager et les boîtes de vitesses, les graisses sont également utilisées. Des nanoparticules sont ajoutées à la graisse convectionnelle pour améliorer ses propriétés de refroidissement et de lubrification. Plus précisément, l'objectif actuel de l'étude est d'étudier l'écoulement en canal ouvert tout en tenant compte de la graisse en tant que fluide Maxwell contenant des nanoparticules de MoS2 en suspension. La dérivée temps-fractionnelle de Caputo-Fabrizio est utilisée pour convertir le problème d'un PDE d'ordre classique lié en un modèle fractionnaire local. Pour déterminer les solutions précises pour les distributions de vitesse, de température et de concentration, deux techniques de transformation intégrale, le sinus de Fourier fini et la technique de transformation de Laplace, sont utilisées conjointement. Les réponses résultantes sont physiquement explorées et affichées à l'aide de divers graphiques. Il est important de noter que le modèle fractionnaire, qui offre une variété de courbes intégrales, représente plus précisément le comportement de l'écoulement que le modèle classique. Le frottement cutané, le nombre de Nusselt et le nombre de Sherwood sont des nombres liés à l'ingénierie qui sont déterminés quantitativement et affichés sous forme de tableau. Il est déterminé que l'ajout de nanoparticules de MoS2 à la graisse entraîne une augmentation de 19,1146 % de la transmission de chaleur et une diminution de 2,5122 % du transfert de masse. Les résultats obtenus dans ce travail sont comparés à la littérature publiée à des fins de précision.

Translated Description (Spanish)

Varios científicos están interesados en los desarrollos recientes en nanotecnología y nanociencia. La grasa es un componente esencial de muchas máquinas y motores porque ayuda a mantenerlos frescos al reducir la fricción entre sus diversos elementos. En aplicaciones de vida útil sellada que incluyen sistemas de lubricación centralizados, motores eléctricos, rodamientos, maquinaria de tala y minería, cubos de ruedas de camiones, construcción, paisajismo y cajas de engranajes, también se utilizan grasas. Las nanopartículas se añaden a la grasa conveccional para mejorar sus propiedades de refrigeración y lubricación. Más específicamente, el objetivo del estudio actual es investigar el flujo de canal abierto teniendo en cuenta la grasa como un fluido Maxwell con nanopartículas de MoS2 suspendidas en él. La derivada fraccionaria en el tiempo de Caputo-Fabrizio se utiliza para convertir la emisión de una PDE de orden clásico vinculada a un modelo fraccionario local. Para determinar las soluciones precisas para las distribuciones de velocidad, temperatura y concentración, se utilizan conjuntamente dos técnicas de transformación integral, el seno de Fourier finito y la técnica de transformación de Laplace. Las respuestas resultantes se exploran físicamente y se muestran utilizando varios gráficos. Es importante tener en cuenta que el modelo fraccional, que ofrece una variedad de curvas integrales, representa con mayor precisión el comportamiento del flujo que el modelo clásico. La fricción superficial, el número de Nusselt y el número de Sherwood son números relacionados con la ingeniería que se determinan cuantitativamente y se muestran en forma tabular. Se determina que la adición de nanopartículas de MoS2 a la grasa causa un aumento del 19.1146% en la transmisión de calor y una disminución del 2.5122% en la transferencia de masa. Los resultados obtenidos en este trabajo se comparan con la literatura publicada para el propósito de precisión.

Files

s41598-023-31567-y.pdf.pdf

Files (2.1 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:d4933c0a6ac59c81e9a359ccb7780e79
2.1 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
نموذج تجزيئي زمني لمائع ماكسويل النانوي من خلال تدفق قناة مع استخدامات في الشحم
Translated title (French)
Un modèle fractionné dans le temps d'un nanofluide Maxwell à travers un écoulement de canal avec des applications dans la graisse
Translated title (Spanish)
Un modelo fraccional de tiempo de un nanofluido Maxwell a través de un flujo de canal con aplicaciones en grasa

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4327713848
DOI
10.1038/s41598-023-31567-y

Is supplement to
https://openalex.org/W4387013174 (Other)
https://openalex.org/W3150003624 (Other)
https://openalex.org/W3095291729 (Other)
https://openalex.org/W3005225185 (Other)
https://openalex.org/W2886903305 (Other)
https://openalex.org/W2809186558 (Other)
https://openalex.org/W2754636322 (Other)
https://openalex.org/W2502401143 (Other)
https://openalex.org/W2063777876 (Other)
https://openalex.org/W1938556690 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Egypt

References

  • https://openalex.org/W1605747236
  • https://openalex.org/W1964950215
  • https://openalex.org/W1968982832
  • https://openalex.org/W1992828457
  • https://openalex.org/W2001846699
  • https://openalex.org/W2037645289
  • https://openalex.org/W2039938864
  • https://openalex.org/W2050765441
  • https://openalex.org/W2093737582
  • https://openalex.org/W2094518843
  • https://openalex.org/W2118672835
  • https://openalex.org/W2149562261
  • https://openalex.org/W2480455111
  • https://openalex.org/W2608264477
  • https://openalex.org/W2609978083
  • https://openalex.org/W2789291629
  • https://openalex.org/W2793025649
  • https://openalex.org/W2854588077
  • https://openalex.org/W2921552289
  • https://openalex.org/W2938187740
  • https://openalex.org/W2944081559
  • https://openalex.org/W2969897519
  • https://openalex.org/W3016479208
  • https://openalex.org/W3021180930
  • https://openalex.org/W3088061334
  • https://openalex.org/W3104136699
  • https://openalex.org/W3197636614
  • https://openalex.org/W3213463048
  • https://openalex.org/W3214388383
  • https://openalex.org/W3214865923
  • https://openalex.org/W3216929991
  • https://openalex.org/W4200382240
  • https://openalex.org/W4206393291
  • https://openalex.org/W4206593370
  • https://openalex.org/W4211110810
  • https://openalex.org/W4213454485
  • https://openalex.org/W4214745092
  • https://openalex.org/W4220759663
  • https://openalex.org/W4225142562
  • https://openalex.org/W4226322881
  • https://openalex.org/W4234653061
  • https://openalex.org/W4280523442
  • https://openalex.org/W4281289094
  • https://openalex.org/W4284712832
  • https://openalex.org/W4286499048
  • https://openalex.org/W4306404320
  • https://openalex.org/W4309923211