مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

بررسی تحلیلی جریان نانوسیال عبوری بین صفحات کشسان غیرموازی در حضور میدان مغناطیسی با درنظرگرفتن اثر حرارتی ژول

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان
گروه حرارت و سیالات، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه کاشان، کاشان، ایران
چکیده
هدف از انجام این پژوهش، بررسی انتقال حرارت و جرم در جریان نانوسیال عبوری از بین دو صفحه گسترش‌یافته/ فشرده‌شده غیرموازی در حضور میدان مغناطیسی، به‌صورت کاملاً تحلیلی است. به‌منظور مدل‌سازی جریان نانوسیال، پدیده‌های ترموفورتیک، پخش براوانی و ترم حرارتی ژول درنظر گرفته شده است. معادلات بقای جرم، مومنتوم و انرژی با روش موسوم به دوآن- راچ و به‌طور کاملاً تحلیلی حل شده‌اند که این امکان را ایجاد می‌کند تا ضرایب نامعین موجود در پروفیل‌های حدسی متغیرها، بدون استفاده از روش‌های عددی محاسبه شوند. مقایسه نتایج حاضر با نتایج عددی سایر مراجع بیانگر تطابق بسیار خوبی است. اثرات عدد رینولدز، زاویه بین دو صفحه و عدد هارتمن بر میدان‌های دما، سرعت و غلظت در حالتی که دو صفحه همگرا و نیز واگرا قرار دارند و به‌صورت انبساط یافته یا فشرده‌شده مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین تاثیرات پدیده ترموفورتیک و پخش براونی بر عدد ناسلت به دست آمده است. این مطالعه نشان می‌دهد که در کانال واگرا، افزایش عدد هارتمن منجر به افزایش دما و کاهش غلظت شده است. در این حالت، ضخامت لایه مرزی حرارتی با افزایش زاویه بین دو صفحه افزایش پیدا می‌کند. همچنین افزایش پارامتر ترموفورتیک منجر به افزایش عدد ناسلت در کانال همگرا و واگرا می‌شود. با اعمال میدان مغناطیسی یکسان به دو کانال گسترش‌یافته و فشرده‌شده واگرا، مقدار غلظت در کانال گسترش‌یافته بیشتر بوده است. در مورد کانال‌های همگرا، این مطلب کاملاً برعکس است.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Analytical Investigation of MHD Nanofluid Flow between Non-Parallel Stretching/Shrinking Walls with Considering Joule Heating Effect

نویسندگان English

F. Karami
M. Sabzpooshani
Heat & Fluid Department, Mechanical Engineering Faculty, University of Kashan, Kashan, Iran
چکیده English

The aim of this research is an analytical investigation of heat and mass transfer for the MHD nanofluid flow passed between non-parallel stretchable/shrinkable walls. In order to model nanofluid flow, effects of Thermophoresis, Brownian diffusion, and Joule heating are considered. The governing mass, momentum, and energy equations are solved analytically by applying Duan-Rach method, which caused to get a solution for the undetermined coefficients from conjectured profiles of variables without using numerical methods. Comparison between the current results with the numerical results of other references shows good agreement. The effects of the Reynolds number, opening angle parameter, and the Hartman number on the temperature, velocity, and concentration profiles have been investigated in the case of both convergent and divergent plates, either stretched or shrunk. Also, the effects of the Thermophoretic and Brownian parameters on the Nusselt number are obtained. This study indicates that increasing the Hartman number decreases the concentration profile and increasing in the temperature profile for divergent channels. In this case, as the opening angle parameter rises, the thickness of the thermal boundary layer increases. Also, for convergent and divergent channels, the increase in the thermophoretic parameter causes increases the Nusselt number. By applying an identical magnetic field to two divergent stretching and shrinking channels, the concentration profile in the stretching channel is more than the shrinking one. For convergent channels, this treatment of concentration profile is completely vice versa.

کلیدواژه‌ها English

Nanofluid
Non-parallel Stretchable/Shrinkable Walls
Joule Heating Effect
Duan-Rach Method
Jeffery GB. L. The two-dimensional steady motion of a viscous fluid. The London Edinburgh and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science. 1915;29(172):455-465. [Link] [DOI:10.1080/14786440408635327]
Hamel G. Spiral movements of viscous liquids. Jahresbericht der deutschen mathematiker-vereinigung. 1917;25:34-60. [German] [Link]
Adomian G. Nonlinear stochastic operator equations. 1st Edition. New York: Academic Press; 1986. pp. 3-87. [Link]
Sheikholeslami M, Ganji DD, Ashorynejad HR. Investigation of squeezing unsteady nanofluid flow using ADM. Powder Technology. 2013;239:259-265. [Link] [DOI:10.1016/j.powtec.2013.02.006]
Sheikholeslami M, Ganji DD, Ashorynejad HR, Rokni HB. Analytical investigation of Jeffery-Hamel flow with high magnetic field and nanoparticle by Adomian decomposition method. Applied Mathematics and Mechanics. 2012;33(1):25-36. [Link] [DOI:10.1007/s10483-012-1531-7]
Duan JS, Rach R. A new modification of the Adomian decomposition method for solving boundary value problems for higher order nonlinear differential equations. Applied Mathematics and Computation. 2011;218(8):4090-4118. [Link] [DOI:10.1016/j.amc.2011.09.037]
Dogonchi AS, Ganji DD. Analytical solution and heat transfer of two-phase nanofluid flow between non-parallel walls considering Joule heating effect. Powder Technology. 2017;318:390-400. [Link] [DOI:10.1016/j.powtec.2017.06.018]
Turkyilmazoglu M. Extending the traditional Jeffery-Hamel flow to stretchable convergent/divergent channels. Computers and Fluids. 2014;100:196-203. [Link] [DOI:10.1016/j.compfluid.2014.05.016]
Dogonchi AS, Ganji DD. Investigation of MHD nanofluid flow and heat transfer in a stretching/shrinking convergent/divergent channel considering thermal radiation. Journal of Molecular Liquids. 2016;220:592-603. [Link] [DOI:10.1016/j.molliq.2016.05.022]
Dogonchi AS, Ganji DD. Study of nanofluid flow and heat transfer between non-parallel stretching walls considering Brownian motion. Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers. 2016;69:1-13. [Link] [DOI:10.1016/j.jtice.2016.09.029]
Abolbashari MH, Freidoonimehr N, Nazari F, Rashidi MM. Entropy analysis for an unsteady MHD flow past a stretching permeable surface in nano-fluid. Powder Technology. 2014;267:256-267. [Link] [DOI:10.1016/j.powtec.2014.07.028]
Rashidi MM, Vishnu Ganesh N, Abdul Hakeem A, Ganga B. Buoyancy effect on MHD flow of nanofluid over a stretching sheet in the presence of thermal radiation. Journal of Molecular Liquids. 2014;198:234-238. [Link] [DOI:10.1016/j.molliq.2014.06.037]
Sheremet MA, Grosan T, Pop I. Free convection in a square cavity filled with a porous medium saturated by nanofluid using Tiwari and Das' nanofluid model. Transport in Porous Media. 2015;106(3):595-610. [Link] [DOI:10.1007/s11242-014-0415-3]
Sheremet MA, Pop I, Rosca NC. Magnetic field effect on the unsteady natural convection in a wavy-walled cavity filled with a nanofluid: Buongiorno's mathematical model. Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers. 2016;61:211-222. [Link] [DOI:10.1016/j.jtice.2015.12.015]
Freidoonimehr N, Baradaran Rahimi A. Investigation of MHD nano-fluid flow over a stretching surface with velocity slip and convective surface boundary conditions. Modares Mechanical Engineering. 2015;15(3):208-218. [Persian] [Link]
Sheikholeslami M. Influence of magnetic field on Al2O3-H2O nanofluid forced convection heat transfer in a porous lid driven cavity with hot sphere obstacle by means of LBM. Journal of Molecular Liquids. 2018;263:472-488. [Link] [DOI:10.1016/j.molliq.2018.04.111]
Sheikholeslami M, Jafaryar M, Li Z. Second law analysis for nanofluid turbulent flow inside a circular duct in presence of twisted tape turbulators. Journal of Molecular Liquids. 2018;263:489-500. [Link] [DOI:10.1016/j.molliq.2018.04.147]
Sheikholeslami M, Shehzad SA, Li Z, Shafee A. Numerical modeling for alumina nanofluid magnetohydrodynamic convective heat transfer in a permeable medium using Darcy law. International Journal of Heat and Mass Transfer. 2018;127(Part A):614-622. [Link]