Влияние неравномерного источника/стока тепла и Джоулева нагрева на конвективное движение микрополярной жидкости в химически излучающей МГД-среде поперек растянутого листа
https://doi.org/10.21285/1814-3520-2024-3-435-452
EDN: ZFGRZC
Аннотация
Проведенное исследование направлено на изучение динамики воздействия излучения, источника неоднородной интенсивности и проницаемой среды на магнитную гидродинамику смешанной конвективной микрополярной жидкости на протяженном слое плоской пластины, подверженной джоулевому нагреву. Исходная задача сведена к решению обыкновенных дифференциальных уравнений. Для построения численного решения обыкновенных дифференциальных уравнений использованы методы Рунге–Кутта–Фельберга четвертого и пятого порядков и метод стрельбы. В качестве программной среды и для визуализации численных результатов моделирования использован пакет MATLAB. Для соответствующих профилей потоков найдены безразмерные параметры. Исследовано поведение поверхностного натяжения. Число Нуссельта и число Шервуда рассчитаны с учетом скорости потока, температуры и концентрации. Динамика влияния различных параметров потока представлена в графическом виде. Моделирование проведено с учетом магнитогидродинамики потока, пористой структуры конвективной микрополярной жидкости на протяженном слое плоской пластины, влияния вязкой диссипации, нагрева Джоуля, а также нелинейного теплового излучения. Установлено, что для больших значений микрополярного параметра температура снижается, а скорости потока и углового импульса увеличиваются. С использованием параметров теплового излучения с учетом больших значений Эккерта и неравномерного источника тепла распределение температуры и теплового пограничного слоя улучшается. Более высокая теплопроводность пропорциональна толщине теплового пограничного слоя. Профиль концентрации ухудшается с ростом числа Шмидта. Проведенное численное исследование магнитной гидродинамики смешанной конвективной микрополярной жидкости на протяженном слое плоской пластины касается важных прикладных задач охлаждения в системах, таких как анализ трения в масляных трубопроводах, исследованиях сердечно-сосудистой системы, а также может использоваться для построения систем мониторинга потоков.
Ключевые слова
Об авторах
Г. ДхармаяхИндия
Дхармаях Гуррам - PhD (математика), Отделение математики.
Йелламанда, Нарасараопет, A.P., 522601
Д. Н. Сидоров
Россия
Сидоров Денис Николаевич - д-р ф.-м. наук, профессор РАН, главный научный сотрудник Отдела прикладной математики, Институт систем энергетики им. Л.А. Мелентьева СО РАН; профессор Лаборатории промышленной математики БИ БРИКС, Иркутский НИТУ.
664033, Иркутск, ул. Лермонтова, 130; 664074, Иркутск, ул. Лермонтова, 83
С. Нойягдам
Россия
Самад Нойягдам - PhD (прикладная математика), ведущий научный сотрудник лаборатории промышленной математики, БИ БРИКС, Иркутский НИТУ; старший научный сотрудник кафедры прикладной математики и программирования, Южно-Уральский ГУ.
Иркутск, 664074, ул. Лермонтова, 83; 454080, Челябинск, просп. Ленина, 76
В. П. Панов
Южная Корея
Панов Виталий Петрович - PhD (физика), профессор лаборатории дисплейных устройств и материалов.
2066 Сеул
Список литературы
1. Eringen A.C. Theory of micropolar fluids // Journal of Mathematics and Mechanics. 1966. Vol. 16. No. 1. Р. 1–18.
2. Eringen A.C. Simple microfluids // International Journal of Engineering Science. 1964. Vol. 2. Iss. 2. Р. 205–217. http://doi.org/10.1016/0020-7225(64)90005-9.
3. Sachhin S.M., Mahabaleshwar U.S., Chan A. Effect of slip and thermal gradient on micropolar nano suspension flow across a moving hydrogen fuel-cell membrane // International Journal of Hydrogen Energy. 2024. Vol. 63. P. 59–81. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2024.02.332.
4. Eringen A.C. Microcontinuum field theories // Foundations and solid. New York: Springer, 1999. Part. 1. Р. 1–56. https://doi.org/10.1007/978-1-4612-0555-5.
5. Eringen A.C. Microcontinuum field theories // Fluent media. New York: Springer, 2001. Part. II. P. 1–80.
6. Mabood F., Ibrahim S.M., Rashidi M.M., Shadloo M.S., Lorenzini G. Non-uniform heat source/sink and Soret effects on MHD non-Darcian convective flow past a stretching sheet in a micropolar fluid with radiation // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2016. Vol. 93. Р. 674–682. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2015.10.014.
7. Mabood F., Ibrahim S.M. Effects of Soret and non-uniform heat source on MHD non-Darcian convective flow over a stretching sheet in a dissipative micropolar fluid with radiation // Journal of Applied Fluid Mechanics. 2016. Vol. 9. No. 5. P. 2503–2513. https://doi.org/10.18869/ACADPUB.JAFM.68.236.24674.
8. Singh K., Kumar M. Effects of thermal radiation on mixed convection flow of a micropolar fluid from an unsteady stretching surface with viscous dissipation and heat generation/absorption // International Journal of Chemical Engineering. 2016. Vol. 2016. Р. 1–10. https://doi.org/https://doi.org/10.1155/2016/8190234.
9. Uddin Z., Kumar M., Harmand S. Influence of thermal radiation and heat generation//absorption on MHD heat transfer flow of a micropolar fluid past a wedge with hall and ion slip currents // Thermal Science. 2014. Vol. 18. Iss. 2. P. S489–S502. https://doi.org/10.2298/TSCI110712085U.
10. Mohamed R.A., Abo-Dahab S.M. Influence of chemical reaction and thermal radiation on the heat and mass transfer in MHD micropolar flow over a vertical moving porous plate in a porous medium with heat generation // International Journal of Thermal Sciences. 2009. Vol. 48. Iss. 9. P. 1800–1813. https://doi.org/10.1016/j.ijthermalsci.2009.01.019.
11. Ziabakhsh Z., Domairry G., Bararnia H. Analytical solution of non-Newtonian micropolar fluid flow with uniform suction/blowing and heat generation // Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers. 2009. Vol. 40. Iss. 4. P. 443–451. https://doi.org/10.1016/j.jtice.2008.12.005.
12. Mahmoud M.A.A., Waheed S.E. MHD flow and heat transfer of a micropolar fluid over a stretching surface with heat generation (absorption) and slip velocity // Journal of the Egyptian Mathematical Society. 2012. Vol. 20. Iss. 1. P. 20–27. https://doi.org/10.1016/j.joems.2011.12.009.
13. Rashidi M.M., Mohimanian S.A., Abbasbandy S. Analytic approximation solutions for heat transfer of a micropolar fluid through a porous medium with radiation // Communications in Non-linear Science and Numerical Simulation. 2011. Vol. 16. Iss. 4. Р. 1874–1889. https://doi.org/10.1016/j.cnsns.2010.08.016.
14. Seini I.Ya., Makinde O.D. Chemically reacting Magnetohydrodynamics (MHD) boundary layer flow of heat and mass transfer past a low-heat-resistant sheet moving vertically downwards //Scientific Research and Essays. 2011. Vol. 6. Iss. 22. Р. 4762–4775.
15. Bhattacharyya K., Mukhopadhyay S., Layek G.C. Unsteady MHD boundary layer flow with diffusion and firstorder chemical reaction over a permeable stretching sheet with suction or blowing // Chemical Engineering Communication. 2013. Vol. 200. Iss. 3. Р. 379–397. https://doi.org/10.1080/00986445.2012.712577.
16. Ibrahim F.S., Elaiw A.M., Bakr A.A. Effect of the chemical reaction and radiation absorption on the unsteady MHD free convection flow past a semi infinite vertical permeable moving plate with heat source and suction // Communications in Nonlinear Science and Numerical Simulation. 2008. Vol. 13. Iss. 6. Р. 1056–1066. https://doi.org/10.1016/j.cnsns.2006.09.007.
17. Ravindran R., Ganapathirao M., Pop I. Effects of chemical reaction and heat generation/absorption on unsteady mixed convection MHD flow over a vertical cone with non-uniform slot mass transfer // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2014. Vol. 73. Р. 743–751. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2014.02.053.
18. Venkateswarlu B., Satya Narayana P.V. Chemical reaction and radiation absorption effects on the flow and heat transfer of a nanofluid in a rotating system // Applied Nanoscience. 2015. Vol. 5. Iss. 3. P. 351–360. https://doi.org/10.1007/s13204-014-0324-3.
19. Pal D., Talukdar B. Perturbation analysis of unsteady magneto hydrodynamic convective heat and mass transfer in a boundary layer slip flow past a vertical permeable plate with thermal radiation and chemical reaction // Communications in Nonlinear Science and Numerical Simulation. 2010. Vol. 15. Iss. 7. P. 1813–1830. https://doi.org/10.1016/j.cnsns.2009.07.011.
20. Sparrow E.M., Cess R.D. The effect of a magnetic field on free convection heat transfer // International Journal of Heat and Mass Transfer. 1961. Vol. 3. Iss. 4. P. 267–274. https://doi.org/10.1016/0017-9310(61)90042-4.
21. Chen Chien-Hsin. Combined effects of Joule heating and viscous dissipation on magnetohydrodynamic flow past a permeable, stretching surface with free convection and radiative heat transfer // ASME Journal of Heat and Mass Transfer. 2010. Vol. 132. Iss. 6. Р. 064503. https://doi.org/10.1115/1.4000946.
22. Pal D., Talukdar B. Combined effects of Joule heating and chemical reaction on unsteady magnetohydrodynamic mixed convection of viscous dissipating fluid over a vertical plate in porous media with thermal radiation // Mathematical and Computer Modelling. 2011. Vol. 54. Iss. 11-12. Р. 3016–3036. https://doi.org/10.1016/j.mcm.2011.07.030.
23. Maheswari C., Ramana R.M., Shaw S.M., Dharmaiah G., Noeiaghdam S. Numerical investigation on MHD forchheimer flow of Fe3O4-H2O, Cu-H2O and Ag-H2O nanofluids over permeable stretching sheet with radiation //Results in Engineering. 2023. Vol. 18. Р. 101194. https://doi.org/10.1016/j.rineng.2023.101194.
24. Guled C.N., Tawade J.V., Kumam P., Noeiaghdam S., Maharudrappa I., Chithra S.M., et al. The heat transfer effects of MHD slip flow with suction and injection and radiation over a shrinking sheet by optimal homotopy analysis method // Results in Engineering. 2023. Vol. 18. Р. 101173. https://doi.org/10.1016/j.rineng.2023.101173.
25. Dharmaiah G., Rama Prasad J.L., Balamurugan K.S., Nurhidayat I., Fernandez-Gamiz U., Noeiaghdam S. Performance of magnetic dipole contribution on ferromagnetic non-Newtonian radiative MHD blood flow: an application of biotechnology and medical sciences // Heliyon. 2023. Vol. 9. Iss. 2. Р. e13369. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2023.e13369.
26. Manvi B., Tawade J., Biradar M., Noeiaghdam S., Fernandez-Gamiz U., Govindan V. The effects of MHD radiating and non-uniform heat source/sink with heating on the momentum and heat transfer of Eyring-Powell fluid over a stretching // Results in Engineering. 2022. Vol. 14. 100435. https://doi.org/10.1016/j.rineng.2022.100435.
27. Arulmozhi S., Sukkiramathi K., Santra S.S., Edwan R., Fernandez-Gamiz U., Noeiaghdam S. Heat and mass transfer analysis of radiative and chemical reactive effects on MHD nanofluid over an infinite moving vertical plate // Results in Engineering. 2022. Vol. 14. Р. 100394. https://doi.org/10.1016/j.rineng.2022.100394.
28. Morozova A.S., Vilchevskaya E.N., Müller W.H., Bessonov N.M. Interrelation of heat propagation and angular velocity in micropolar media: studies on socio-ecological systems vulnerability, resilience and governance // Climate Change and Coastal Resources in Tanzania. 2019. P. 413–425. https://doi.org/10.1007/978-3-030-11665-1_23.
29. Nowacki W. Theory of asymmetric elasticity. Oxford, New York, Toronto, Sydney, Paris, Frankfurt: Pergamon Press, 1986. 383 p.
30. Zubov L.M. Nonlinear theory of dislocations and disclinations in elastic bodies. Berlin-Heidelberg-New York: Springer-Verlag, 1997. 205 p.
31. Lurie S., Belov P., Volkov-Bogorodsky D., Tuchkova N. Nanomechanical modeling of the nanostructures and dispersed composites // Computational Materials Science. 2003. Vol. 28. Iss. 3-4. P. 529–539. https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2003.08.010.
32. Vajravelu K. 2001. Viscous flow over a nonlinearly stretching sheet // Applied Mathematics and Computation. 2001. Vol. 124. Iss. 3. P. 281–288. https://doi.org/10.1016/S0096-3003(00)00062-X.
33. Cortell R. MHD flow and mass transfer of an electrically conducting fluid of second grade in a porous medium over a stretching sheet with chemically reactive species // Chemical Engineering and Processing: Process Intensification. 2007. Vol. 46. Iss. 8. P. 721–728. https://doi.org/10.1016/j.cep.2006.09.008.
34. Cortell R. Viscous flow and heat transfer over a nonlinearly stretching sheet // Applied Mathematics and Computation. 2007. Vol. 184. Iss. 2. P. 864–873. https://doi.org/10.1016/j.amc.2006.06.077.
35. Raptis A., Perdikis C. Viscous flow over a non-linearly stretching sheet in the presence of a chemical reaction and magnetic field // International Journal of Non-Linear Mechanics. 2006. Vol. 41. Iss. 4. P. 527–529. https://doi.org/10.1016/j.ijnonlinmec.2005.12.003.
36. Abbas Z., Hayat T. Radiation effects on MHD flow in a porous space // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2008. Vol. 51. Iss. 5-6. P. 1024–1033. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2007.05.031.
37. Cortell R. Effects of viscous dissipation and radiation on the thermal boundary layer over a nonlinearly stretching sheet // Physics Letters A. 2008. Vol. 372. Iss. 5. P. 631–636. https://doi.org/10.1016/j.physleta.2007.08.005.
38. Kechil S.A., Hashim I. Series solution of flow over nonlinearly stretching sheet with chemical reaction and magnetic field // Physics Letters A. 2008. Vol. 372. Iss. 13. P. 2258–2263. https://doi.org/10.1016/j.physleta.2007.11.027.
39. Sandeep N., Sulochana C. Dual solutions for unsteady mixed convection flow of MHD micropolar fluid over a stretching/shrinking sheet with non-uniform heat source/sink // Engineering Science and Technology, an International Journal. 2015. Vol. 18. Iss. 4. Р. 738–745. https://doi.org/10.1016/j.jestch.2015.05.006.
Рецензия
Для цитирования:
Дхармаях Г., Сидоров Д.Н., Нойягдам С., Панов В.П. Влияние неравномерного источника/стока тепла и Джоулева нагрева на конвективное движение микрополярной жидкости в химически излучающей МГД-среде поперек растянутого листа. iPolytech Journal. 2024;28(3):435-452. https://doi.org/10.21285/1814-3520-2024-3-435-452. EDN: ZFGRZC
For citation:
Dharmaiah G., Sidorov D.N., Noeiaghdam S., Panov V.P. The influence of a non-uniform heat source/sink and Joule heating on the convective motion of a micropolar fluid in a chemically radiative MHD medium across a stretched sheet. iPolytech Journal. 2024;28(3):435-452. https://doi.org/10.21285/1814-3520-2024-3-435-452. EDN: ZFGRZC