Minimizzazione della generazione di entropia superiore

Scientific Reports volume 12, numero articolo: 17688 (2022) Citare questo articolo

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La presente indagine mira ad analizzare reazioni chimiche endotermiche/esotermiche di ordine superiore con energia di attivazione considerando la termoforesi e gli effetti del moto browniano sul flusso convettivo misto MHD attraverso una superficie di stiramento verticale. Viene inoltre considerata l'influenza dello scorrimento di velocità, dello scorrimento termico e dello scorrimento di concentrazione insieme a un campo magnetico esterno inclinato. Le equazioni differenziali parziali non lineari accoppiate governanti vengono trasformate in equazioni differenziali ordinarie utilizzando la trasformazione di similarità. Il sistema risultante di ODE non lineari viene risolto mediante la tecnica di ripresa di Newton Raphson utilizzando l'algoritmo RK-4. L'impatto di vari parametri fisici scoperti nel problema, vale a dire. la variabile di reazione endotermica/esotermica, il parametro di termoforesi, il parametro di energia di attivazione, il parametro di moto browniano, il parametro di reazione chimica sono stati analizzati sul profilo di velocità, sul profilo di temperatura e sul profilo di concentrazione. Gli effetti di questi parametri sul coefficiente di attrito della pelle, sul numero di Nusselt e sul numero di Sherwood vengono visualizzati in forma tabellare e in grafici di superficie. L'impatto di vari parametri fisici apparsi nella generazione dell'entropia viene mostrato utilizzando grafici di superficie e di contorno. I risultati numerici sono in buon accordo con i risultati precedentemente pubblicati. Si osserva che un incremento dei parametri della termoforesi e del moto browniano risulta in una declinazione dei profili entropici, mentre si osserva un incremento dei profili numerici di Bejan. Una piccola regione vicino alla superficie mostra un'inclinazione nei profili di concentrazione con un aumento dell'ordine della reazione chimica. Al contrario, l’effetto opposto viene analizzato in prossimità dello strato limite. Inoltre, vengono visualizzati i grafici di contorno e di superficie per rappresentare le applicazioni del mondo reale nei processi industriali e tecnici e la rappresentazione fisica delle caratteristiche del flusso che emergono nello studio attuale.

I flussi convettivi misti con simultaneo trasferimento di massa termica che coinvolge l'energia di attivazione di Arrhenius con reazioni chimiche sono stati studiati negli ultimi anni per le loro vaste applicazioni. La qualità della maggior parte dei prodotti finali industriali è determinata dalla velocità di raffreddamento e dalle reazioni chimiche, sia dalla velocità di reazione che dal tipo di reazione chimica. Il presente modello include l’energia di attivazione, che la maggior parte dei ricercatori non ha incluso negli studi precedenti. L'energia di attivazione è ampiamente presa in considerazione durante lo studio di vari fenomeni fisici, come lo stoccaggio e l'ingegneria del petrolio. Sono disponibili alcune pubblicazioni teoriche sul ruolo dell'energia di attivazione nella fluidodinamica. Nel 1889 Arrhenius fece un tentativo rivoluzionario di presentare il concetto di energia di attivazione. L'energia di attivazione è la più piccola quantità di energia richiesta dai reagenti affinché avvenga una reazione chimica. Questo fenomeno è ampiamente utilizzato nei reattori nucleari, nella meccanica delle emulsioni di olio e acqua e nella lavorazione degli alimenti. Menzinger e Wolfgang1 hanno spiegato nel dettaglio il significato dell'energia di Arrhenius. Bestman2 è stato il primo a sviluppare e studiare questo fenomeno nel trasporto dello strato limite. Makinde et al.3 hanno studiato numericamente il flusso di convezione naturale instabile sotto l'impatto della reazione chimica di ordine ennesimo e dell'energia di attivazione. In presenza di radiazione termica, Maleque4 ha analizzato gli effetti delle reazioni chimiche endotermiche/esotermiche aventi energia di attivazione di Arrhenius sul flusso di convezione libera di MHD. Shafique et al.5 hanno utilizzato una tecnica numerica per riportare quantitativamente un flusso viscoelastico rotante con energia di attivazione. Tripathi et al.6,7 hanno discusso l'influenza della reazione chimica sul flusso sanguigno considerando il modello di viscosità variabile. Dhalmini et al.8 hanno affrontato la generazione di entropia e l'energia di attivazione in nanofluidi viscosi contenenti specie chimicamente reattive di ordine superiore. Ullah9 ha studiato l'energia di attivazione associata alle reazioni esotermiche/endotermiche su nanomateriali magnetizzati che fluiscono attraverso un mezzo poroso Darcy-Forchheimer. Dawar et al.10 hanno studiato il flusso convettivo misto MHD di ferroparticelle di magnetite (Fe\(_3\)O\(_4\)) con sangue come fluido di base oltre una piastra piana verticale non isotermica. Dawar et al.11 hanno eseguito un flusso convettivo misto MHD di un nanofluido Al\(_2\)O\(_3\) a base d'acqua verso la regione di stagnazione di una sfera rotante angolarmente.