Минимизация генерации энтропии

Том 12 научных отчетов, номер статьи: 17688 (2022 г.) Цитировать эту статью

1130 Доступов

5 цитат

Подробности о метриках

Настоящее исследование направлено на анализ эндотермических/экзотермических химических реакций более высокого порядка с энергией активации путем рассмотрения эффектов термофореза и броуновского движения на МГД-смешанном конвективном потоке через вертикальную растягивающуюся поверхность. Рассмотрено также влияние скольжения скорости, теплового и концентрационного сдвига, а также наклонного внешнего магнитного поля. Основные связанные нелинейные уравнения в частных производных преобразуются в обыкновенные дифференциальные уравнения с использованием преобразования подобия. Полученная система нелинейных ОДУ решается методом стрельбы Ньютона-Рафсона с использованием алгоритма РК-4. Влияние различных физических параметров, обнаруженных в задаче, а именно. Переменная эндотермической/экзотермической реакции, параметр термофореза, параметр энергии активации, параметр броуновского движения, параметр химической реакции были проанализированы по профилю скорости, профилю температуры и профилю концентрации. Влияние этих параметров на коэффициент поверхностного трения, число Нуссельта и число Шервуда отображается в табличной форме, а также в виде поверхностных графиков. Влияние различных физических параметров, возникающих при генерации энтропии, показано с помощью поверхностных и контурных графиков. Численные результаты хорошо согласуются с ранее опубликованными результатами. Замечено, что увеличение параметров термофореза и броуновского движения приводит к снижению профилей энтропии, тогда как наблюдается увеличение профилей чисел Бежана. В небольшой области вблизи поверхности наблюдается наклон профилей концентрации с увеличением порядка химической реакции. Напротив, вблизи пограничного слоя анализируется противоположный эффект. Кроме того, отображаются контурные и поверхностные графики для отображения реальных применений в промышленных и технических процессах, а также физического изображения характеристик потока, возникающих в текущем исследовании.

Смешанные конвекционные течения с одновременным тепломассопереносом с участием энергии активации Аррениуса и химическими реакциями в последние годы изучаются в связи с их обширными применениями. Качество большинства конечных промышленных продуктов определяется скоростью охлаждения и химическими реакциями, либо скоростью реакции, либо типом химической реакции. Настоящая модель включает энергию активации, которую большинство исследователей не учитывали в более ранних исследованиях. Энергия активации широко учитывается при изучении различных физических явлений, таких как хранение нефти и инженерия. Доступно несколько теоретических публикаций о роли энергии активации в гидродинамике. В 1889 году Аррениус предпринял революционную попытку представить концепцию энергии активации. Энергия активации – это наименьшее количество энергии, необходимое реагентам для протекания химической реакции. Это явление широко используется в ядерных реакторах, механике масляных и водных эмульсий и пищевой промышленности. Менцингер и Вольфганг1 подробно объяснили значение энергии Аррениуса. Бестман2 был первым, кто разработал и изучил это явление в переносе пограничного слоя. Макинде и др.3 численно исследовали нестационарный поток естественной конвекции под воздействием химической реакции n-го порядка и энергии активации. В присутствии теплового излучения Малек4 проанализировал влияние эндотермических/экзотермических химических реакций, имеющих энергию активации Аррениуса, на поток свободной конвекции МГД. Шафик и др.5 использовали численный метод для количественного определения вращающегося вязкоупругого потока с энергией активации. Трипати и др.6,7 обсудили влияние химической реакции на кровоток, рассматривая модель переменной вязкости. Дхалмини и др.8 рассмотрели вопросы генерации энтропии и энергии активации в вязких наножидкостях, содержащих химически активные вещества более высокого порядка. Ullah9 исследовал энергию активации, связанную с экзотермическими/эндотермическими реакциями на намагниченных наноматериалах, протекающих через пористую среду Дарси-Форхгеймера. Давар и др.10 исследовали смешанный конвективный МГД-поток феррочастиц магнетита (Fe\(_3\)O\(_4\)) с кровью в качестве базовой жидкости мимо неизотермической вертикальной плоской пластины. Давар и др.11 выполнили смешанный конвективный МГД-поток наножидкости Al\(_2\)O\(_3\) на водной основе в направлении застойной области углово вращающейся сферы.