撤回された論文: 太陽光発電における太陽エネルギーの最適化

Rapporti scientifici Volume 12,

Scientific Reports volume 12、記事番号: 11484 (2022) この記事を引用

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この記事は 2023 年 5 月 9 日に撤回されました

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太陽熱暖房、換気、空調 (HVAC) では、滑りやすく拡張可能なシートにさらされた回転するサタビーハイブリッドナノ流体の流れに対処する新しい 3D 数学モデルを作成するように通信が設計されています。熱伝達の調査には、熱放射フラックスだけでなく、銅や酸化グラフェンのナノ粒子などの影響も含まれていました。活性化エネルギー効果を使用して、流体濃度に伴う物質移動を調査しました。利用された境界制約は、マクスウェル速度とスモルチョウクシ温度滑りでした。フィッティング変更を利用すると、推進力、エネルギー、同心度の偏微分方程式 (PDE) を常微分方程式 (ODE) に変換できます。無次元 ODE に対処するために、MATLAB のケラーボックス数値手法が採用されました。現在の研究の性能分析に取り組むために、酸化グラフェン銅/エンジンオイル (GO-Cu/EO) が考慮されています。さまざまな要因が変化した場合、表面抗力係数、熱移動、物質交換などの物理的属性が数学的に処理され、表や図として表示されます。温度場は銅および酸化グラフェンのナノ粒子の体積分率の増加によって強化され、質量分率場は活性化エネルギーの増加によって強化されます。

研究者はこの時期、企業の要件やニーズを満たすために新エネルギーの測定に集中してきました。研究者は、最高の加熱および冷却速度を備えたいくつかのデバイスの開発に興味を持っています。これらは最適なエネルギー効率を節約し、維持する可能性があります。さらに、不十分な熱伝達と流れるベース液体の伝導は、太陽熱集熱器の性能と動作に影響を与えます。この点に関して、ベース液体の熱特性を改善するために多くの努力がなされてきた。太陽エネルギーは、発電 1、2、3、暖房 4、5、6、冷却 7、8、9、淡水化 10、11、12 などの産業用途に使用される太陽からの再生可能エネルギー源です。太陽エネルギー技術の利点は、この種のエネルギーが無限で、クリーンで、燃料を必要としないことです。最も一般的な種類の太陽エネルギーは、太陽光発電 (PV) システム 13、14、15、薄膜太陽電池 16、17、18、太陽光発電所 19、20、および受動的太陽熱加熱 21、22 です。太陽光発電の用途は、電気通信23、農業24、家畜/牛での使用25、街路照明26、および地方の電化27の分野で報告されています。薄膜太陽電池は、施設および商業ビルの屋上 28、太陽光発電所 29、電力交通 30、および太陽熱蒸気発生 31 で使用されていました。ロビー、廊下、休憩室などの日差しを避けられる循環スペースには、パッシブ太陽熱暖房が導入されています。

HVAC は暖房、換気、空調の略であり、AC は空調と定義されます。 AC は、家の空気を冷却し、湿度を制御するように設計されており、1902 年にウィリスキャリアによって発明されました 32。さらに、住宅 33,34 および商業ビル 35,36 用の HVAC システムの主な目的は、冬に暖房モードを提供し、冷房を提供することです。夏モード。このシステムは、煙、臭気、ほこり、浮遊細菌、二酸化炭素、その他の有害なガスもろ過して、室内の空気を改善します37,38。さらに、HVAC システムは室内の空気の湿度制御装置として機能します39,40。一方、太陽エネルギーを利用した HVAC システムはソーラー HVAC (S-HVAC) として知られており、太陽光を捉えて電気に変換する PV パネルによって設置されます。ジョン・ホリックは S-HVAC の革新者の 1 人であり、建物の換気空気を冷却する方法と装置の特許を取得しました 41。太陽光発電パネルは HVAC に接続され、太陽エネルギーを電気に変換して、HVAC 内の暖房または冷房モードを担当するすべての部品に電力を供給します。従来の HVAC に代わる S-HVAC システムの利点は、光熱費の削減、環境の保護、設置の容易さです。 HVAC システムにはファンや振動コイルなどの破損しやすい可動部品が含まれていますが、S-HVAC システムは可動部品が少ないため、破損のリスクが低くなります。

実質的に地球上のどこにでも配置できる可能性のあるいくつかの再生可能資源の中で、太陽光発電は脱炭素化されたエネルギー供給への移行のための主要な技術となることが期待されています。太陽光発電 (PV) システムの効率は、利用可能な太陽エネルギーの量に直接比例します。多くの政府は、石炭消費量を削減するための実行可能な方法として、再生可能エネルギーとエネルギー節約策を検討しています。太陽光を電気に変換できる主な太陽光発電装置は、太陽光発電システムと集中太陽光発電（CSP）です。 CSP は太陽光を集中させて作動流体の温度を上昇させ、この流体が熱機関と発電機を駆動します。 CSP は交流 (AC) を生成し、電力網への分配率が高くなります。また、PV は光電効果によって太陽光を集め、直流 (DC) の形で電気を生成します。太陽光発電システムによって生成された DC は、インバータを介して AC に変換され、電力が電力網に確実に分配されます。 CSP は、熱エネルギー貯蔵技術 (TES) を使用してエネルギーを貯蔵し、天候による制限を受けません。これは、CSP をいつでも (曇りの日、夜間、太陽光が弱いなど) 使用して発電できることを意味します。一方、PV システムは TES のような蓄電技術ではなくバッテリーのみを使用するため、CSP と比較して低い熱エネルギーしか蓄えません。したがって、CSP は、より注目すべき効率を実行し、投機コストを低く抑え、暖かい容量制限を提供し、夕方前後のベースロードのニーズを満たすためのさまざまなエネルギーによる優れた混合活動能力を備えているため、PV よりも優れた品質を備えています42。

パラボラトラフソーラーコレクター (PTSC) は、給湯 43,44、空調 45,46、ソーラー飛行機 47,48,49,50,51 でよく使用されている CSP システムの 1 つのタイプです。 PTSC は、反射面を備えた反射鏡 (放物面鏡) と受光器で構成されます。反射板は入射太陽放射を収集し、放物線の焦線にある受信機に反射します。レシーバー内の作動流体は太陽放射からの熱を吸収し、流体の温度が上昇します。最後に、従来の再熱蒸気タービン発電機でこの作動流体から高圧過熱蒸気が生成され、電気が生成されます。 PTSC 内の流動流体は、次のような特徴を備えている必要があります: (a) 過剰な熱ポテンシャルと熱伝導率、(b) 低い熱膨張と時折の粘度、(c) 熱的および化学的特性の強い帯電、(d) 腐食性物質の帯電が最小限、および(e) 毒性が低い52。 PTSC の最も単純な作動流体の 1 つは、ハイブリッドナノ流体と呼ばれる革新的なナノ流体であり、同じベース流体内に特定のナノ粒子を浸す手段によって準備されます。したがって、ソーラー航空機に搭載された PTSC の作動流体としてのハイブリッドナノ流体に関する最近の研究 47、48、49、50、51、および PTSC にタービュレータが装備されている場合の研究が行われています 53、54、55、56、57、58。以下のタイプのハイブリッド化ナノ流体が PTSC ソーラー航空機に実装されました: Casson ハイブリッドナノ流体 47、Reiner Philippoff ハイブリッドナノ流体 48,49、および接線双曲ハイブリッドナノ流体 50,51。一方、タービュレーターは、熱伝達を最適化するために層流境界層を乱流境界層に変換するツールです。したがって、PTSC に挿入されるタービュレータのさまざまなパターンが報告されています。たとえば、単一のねじれタービュレータ 53、障害物がタービュレータとして機能する 54、フィン付きロッドタービュレータ 55、2 つのツイストテープがタービュレータとして機能する 56、内側螺旋軸方向フィンがタービュレータとして機能する 57、円錐形タービュレータ 58 などです。

熱力学の法則に関しては、産業用途における熱伝達の効率には限界があるため、熱力学の第 2 法則の方が第 1 法則よりもはるかに信頼できます。この第 2 法則は、熱構造の不可逆性を軽減するために適用されます。不可逆性は、太陽熱、空気分離器、反応器などのさまざまな熱流体装置で観察されており、能力の損失は完全にそれと相互に関連しています。この生成された不可逆性は、エントロピー生成速度によって決まります。機能エネルギーの消滅は、エントロピー生成によって測定されます。システムが生成する不可逆性は連続的なエントロピーを生み出し、ジョブの実行に必要な機能エネルギーを消耗させます。このようなエネルギー損失は、対流、伝導、放射フラックスによる熱輸送によって発生する可能性があります。さらに、磁場、浮力、流体摩擦はすべてエントロピーの生成に寄与します。その結果、さまざまな熱機器が最適な量のエネルギーを獲得するには、エントロピー生成を最小限に抑えることが必要です。交雑ナノ流体で生成されるエントロピーの程度は、ベース液体への 2 倍のナノ材料の膨張によって影響を受けます。エントロピー年齢の影響を強く受けた非ニュートン交配ナノ流体が調査されており、このタイプのナノ流体には次の二重ナノ材料とベース流体が含まれています: Cu-Al2O3/H2O59,60,61,62,63,64,65、Cu -Al2O3/EG66、Cu-Ag/EG67,68、Cu-TiO2/H2O69,70、Cu-Ag/H2O71、Cu-Go/H2O72、Cu-Ti/H2O、CuO-TiO2/H2O、C71500-Ti6Al4V/H2O73 、Cu-Fe3O4/EG74、Cu-CuO/血液75、Ag-MgO/H2O76、Ag-Gr/H2O77、CuO-TiO2/EG78、Fe3O4-Co/灯油79、MWCNT-Fe3O4/H2O80、およびMWCNT-MgO/H2O81。弾性曲面 59、伸縮シート 61、63、70、74、78、ディスク 64、伸縮ディスク 62、およびウェッジ 79 上のハイブリッドナノ流体の熱特性が報告されています。さらに、キャビティ内のハイブリッドナノ流体の流れを次の条件下で調査しました: 正方形のキャビティ 68、多孔質の開いたキャビティ 69、および通気された複雑な形状のキャビティ 81。チャネル66およびマイクロチャネル73、77を通るハイブリッドナノ流体の流れの研究が行われており、これらのチャネルは回転66、垂直に配置73、および再充電77されている。筐体内のハイブリッドナノ流体の流れは、Alsabery ら 60、Ghalambaz ら 65、および Abu-Libdeh ら 76 によって研究されました。 Alsabery ら 60 は、内部の固体ブロックを含む波状のエンクロージャを実装しましたが、Ghalambaz ら 65 は、流体モデルで垂直部分と水平部分を備えた密閉空洞を検討しました。一方、Abu-Libdeh et al.76 は、ハイブリッドナノ流体の冷却目的でこのタイプの形状が使用される台形形状の多孔質エンクロージャを選択しました。一方、Xia et al.67 と Khan et al.72 は、2 つの回転平行フレームによって境界付けられた流体の流れモデルを開発しました。ダクト内部のハイブリッドナノ流体の蠕動流の熱分析は、McCash et al.71 によって研究されるようになりました。電気浸透ポンプは、Munawar と Saleem75 によって研究された、オーミック加熱を伴うハイブリッドナノ流体の流れに関与しています。 Shah et al.80 は、ハイブリッドナノ流体モデルの特性を研究するために多孔質環を選択しました。

非ニュートン流体モデルは、ニュートン流体モデルよりもはるかに異なります。非ニュートン流体の応力値は、ひずみ、降伏応力、または時間依存の粘度に対する非線形関数です。このタイプの流体の例としては、Casson 流体 82、83、84、85、86、Maxwell 流体 87、88、89、90、91、ナノ流体 (ハイブリッドの場合も含む)47、48、49、50、51、52、53、 54,55,56,57,58,59,60,61,62,63,64,65,66,67,68,69,70,71,72,73,74,75,76,77,78,サタビー流体モデルは、非ニュートン流体の一種であり 92、希薄ポリマー溶液の粘度を記述します 93。ポリマー溶液は、パイプの乱流94,95、ポリマージェットの安定性96,97、石油回収の向上98,99など、関連する産業現象や製品に応用されています。温度構造化熱伝導率の影響による、伸縮シリンダー上の磁気流体力学 (MHD) サッタービーナノ流体の流れ内の熱と物質の移動は、Sohail ら 100 と Raza ら 101 によって研究されています。サタビー流体の流れの生物対流は、この流体がウェッジ 102 を横切って 2 つの回転ディスク 103 の間を流れるときに報告されました。 Gowda ら 104、Yahya ら 105、Khan ら 106 は、効果的な熱特性をアーカイブするために、Cattaneo-Christov 熱流束モデルを数学的なサタビー流体モデルに組み込みました。 Cattaneo-Christov 熱流束モデルは、流体が回転ディスク 104、平面 105、およびくさび 106 によって境界付けられるときに開発されました。エントロピー生成と活性化エネルギーの効果は、Hayat et al.107 によって検討されました。対照的に、El-Dabe et al.108 は、引力場の境界、複合応答、浸透性媒体、熱放射、ねばねばした拡散、およびカップル圧力を組み込みました。 Parveen ら 109、Arif ら 110、Jayadevamurthy ら 111、Nawaz 112、および Waqas ら 113 は、さまざまなハイブリッドナノ粒子の存在下での Sutterby 流体モデルの熱性能を調査しました。選択されたベース液は、血液 109,110、水 111、およびエチレングリコール 112,113 でした。これらの研究者109、110、111、112、113は、サタビーハイブリッドナノ流体にデュアルナノ粒子を実装しました。つまり、(i) AuとAl2O3109、(ii) CuOとAl2O3110、(iii) CuとSiO2111、(iv) MoS2とSiO2112、そして(v) まず流体には SiO2 と SWCNT が含まれ、2 番目の流体には MoS2 と MWCNT113 が使用されました。

この研究の目的は、銅と酸化グラフェンのナノ粒子を含む伸縮性のある表面に沿って移動するサタビーハイブリッド流体を観察することです。現在の研究の主なポイントは次のとおりです。

サタビーハイブリッド流体における超微細で強力なナノ粒子 (銅と酸化グラフェン) の影響はまだ考慮されていません。

現存する文献では、3D 種類のサタビーナノ流体が構築および研究されていません。

伸縮性床に衝突するハイブリッドナノ流体におけるマクスウェル速度滑り性境界状況とスモルコウスキー熱滑り性境界状況の結果は、今後調査される予定である。

以下に論文の構成を要約します。

支配モデルは境界層を前提として作成された。

制御 PDE は、適切な相似変換を使用して ODE に変換されます。

ODE は 1 次順序に適合し、MATLAB に含まれる Keller コンテナ数値法の使用法を解決します。

物理的部分と細孔、抗力係数、およびヌッセルト数は数学的に決定され、表に示されます。

数学モデルの速度、温度、意識要素は数値的に計算され、図形の形状内で表現されます。

グラフィカルモデルを図 1 に示します。提案された数学モデルの特徴は次のとおりです。

3D モデル (図 2 と同様)、\(x\) 軸と \(y\) 軸には平面が含まれており、\(z\) 軸の流体流領域は 3 番目の軸 \(z\ge 0 にあります) \)。

流体は \(z\) 軸に沿って回転します。これは、この軸が回転する流体の回転軸として機能することを示しています。この流体の角速度は \(\Omega\) です。

このモデルに含まれる流体は、拡張可能な表面上を流れる非圧縮性のサタビー流体です。この表面は \(xy\) 平面にあります。

マクスウェル速度の滑り 114 効果は、伸びの成分 \({u}_{w}=dx\) と滑り長さ \(\frac{2-{\sigma }_{v}}{) を追加することによって調査されます。 {\sigma }_{v}}{\lambda }_{0}{U}_{z}\)。

スモルコウスキー温度スリップ 115 は、項 \(\frac{2-{\sigma }_{T}}{{\sigma }_{T}}\left(\frac{2r}{r+1}) を実装することによって追加されます。 \right)\frac{{\lambda }_{0}}{{P}_{r}}{T}_{z}\)。

表面温度と濃度はそれぞれ \({T}_{w}\) と \({C}_{w}\) で表されます。一方、\({T}_{\infty }\) と \({C}_{\infty }\) は濃度だけでなく周囲の温度も表します。

現在の問題のグラフィカルモデル。

KBM手順の概略図チャット。

Sutterby ハイブリッドナノ流体の物理的特性は式 1 に示されています。 (1)。ハイブリッドナノ流体の動粘度、密度、精密熱、熱伝導率は \({\mu }_{hnf}\) \({\rho }_{hnf}\), \({\alpha }_{それぞれ、hnf}\)、\((\rho {C}_{p}{)}_{hnf}\)、\({k}_{hnf}\) です。

サタビー液体の張力のコーシーテンソルは次のように表されます116

ここで、\(p\)、\(I\)、S はそれぞれ圧力、識別テンソル、さらなるひずみテンソルを構成します。次に、式の S は次のようになります。 (2) は次のように与えられます

ここで、 \({\mu }_{0}\) はせん断手数料 0 の粘度、 \(E\) は材料の時定数です。式では、 (3)、2 番目の不変応力テンソル \(\dot{\gamma }\) と一次リビリアン・エリクソンテンソル \({A}_{1}\) は式 (3) で解釈されました。それぞれ (4) と (5) です。

\(m\) の値によって流体カテゴリが決まります。\(m=0\) の場合はニュートン流体、\(m>0\) の場合は擬似塑性 (せん断減粘)、\(m の場合はダイラタント (せん断増粘) です。 <0\)。また、流体の速度場は \(V=[u(x,y,z),v(x,y,z),w(x,y,z)]\) となります。

上記の制限の下で、モデル化された方程式は次のように計画されています117。

式 (6) ～ (10) は、次の境界条件によって制御されます。

式では、 (9)、Roseland 近似 118 が追加されます。

ここで、 \({\sigma }^{*}\) と \({\kappa }^{*}\) はそれぞれステファン・ボルツマン一貫性を表し、吸収係数を暗示します。

(13) に示すように、適切な変換 119 が選択されています。

変換 (13) は、(12) とともに、初期の数学モデル (6) ～ (10) を無次元化するために実装されます。その結果、次のような形態が発生しました。

(11) で (13) を実装した後の無次元 BC は次のようになります。

(14) ～ (17) の最終的な無次元支配パラメータは次のように導出されます。

ここで、\({B}_{1}\)、\({B}_{2}\)、\({B}_{3}\)、\({B}_{4}\) は定数です120以下のように：

銅および酸化グラフェンのナノ粒子 120、121 の熱物性を表 1 に示します。

横軸 \(x\)- と縦軸 \(y\)- の皮膚摩擦係数を式 3 に示します。 (21)。式からまた、\({\tau }_{xz}\) と \({\tau }_{yz}\)122 は式 (21) で表されます。 (22)。

最後に、表面抗力係数は次のように導出されます。

寸法熱伝達係数 122 は式 122 で表されます。 (24) ここで、熱流束 \({q}_{w}\) は式 (24) で示されます。 (25)。

方程式から。 (24)、(25)、無次元ヌッセルト数が得られます。

シャーウッド数と質量流束は方程式で与えられます。それぞれ (27) と (28)。

式の操作後。 (28) を式に代入します。 (27)、物質移動係数の無次元形状は次のようになります。

ケラーボックス法 (KBM)123 は、BC (18) とともに ODE (14) ～ (17) の解を実行するための現在の数値手法として選択されています。 KBM のコーディングは MATLAB ソフトウェアに組み込まれており、KBM 手法のフローチャートが図 2 に示されています。現在の数値手法は、次数 4 のコロケーション手法である有限区別スキームを適用しており、バックグラウンドで実行されます。 KBM MATLABの。上述の非線形微分問題、すなわち、式（１）、（２）、（３）は、 (14) ～ (17) の後に、式 (14) によって提供される終点条件が続きます。 (18) はケラーボックスアプローチを使用して解決されます。

ODE の変換

前述の方程式は、新しい洗練された一次結合システムにかなり変換されます。

ドメインの離散化と差分方程式

同様に、 \(x-\beta\) 平面での領域の離散化が意味されます。このウェブから見ると、正味ポイントは \({\beta }_{0}=0,{\beta }_{j}={\beta }_{j-1}+{h}_{j}, j=\mathrm{0,1},\mathrm{2,3}...,J,{\beta }_{J}=1\) ここで、\({h}_{j}\) は刻み幅。中点 \({\beta }_{j-1/2}\) における中心差分公式の関係

ニュートン法

方程式 (29) ～ (37) は、ニュートンの線形化手法を使用して線形化されます。

ブロック三重対角構造

線形数学モデルは、次のようにブロック三重対角形状を持ちます。

どこ

ここで、ブロック三角形行列 A の全体のサイズは J × J、スーパーベクトルのブロックサイズは 9 × 9 です。 Δ を解くための LU 分解法の実装。 hj = 0.01 のメッシュサイズは数学的評価に適切であるとみなされ、必要な精度に対する現在の反復と前の反復の差は \(1{0}^{-6}\) に設定されています。

表 2 に、皮膚摩擦係数の数値 \(-{f}^{{{\prime}}{{\prime}}}(0)\) の比較分析を示します。以前の研究者 117,124 は、回転パラメータ \(\lambda\) のさまざまな値を使用しました。ただし、整合性パラメータ、レイノルズ数、デボラ数、滑りやすい速度などの他のパラメータはゼロのままです (\(N={R}_{\eta }={D}_{\eta }={\Gamma }_{1) }=\) 0)。また、この比較分析を行うために \({B}_{1}={B}_{2}\) が固定されています。表 2 から、現在の結果の精度が非常に高いことが明らかです。したがって、現在の数値スキーム KBS は非常に信頼性が高く、本物であり、その後の計算に許容されます。

このセグメントでは、表と図を使用して、床摩擦係数、ヌッセルト値、速度、エネルギー、同心度の概要におけるさまざまなパラメーターの影響を示し、説明します。境界が分離されている場合、表 3 は、表と一致する壁摩擦係数 \(C{f}_{x}\) および \(C{f}_{y}\) の影響を反映することを目的としています。電力規制行動リスト \(N\)、レイノルズ数 \({R}_{\eta }\)、デボラ \({D}_{\eta }\) 内で、ピボット境界と速度滑りが低下を引き起こす\(x-\) 方向に沿った表面抗力係数の内部では、速度滑り境界 \({\delta }_{1}\) が次のレベルに到達したときの拡張です。これは、レイノルズ数 \({R}_{\eta }=\frac{d{x}^{2}}{\nu }\) とデボラ数 \({D}_{\eta }=\frac{d{x}^{2}}{\nu }\) の両方が物理的にそうなっているためです。 }=\frac{{a}^{2}{d}^{2}}{\nu }\) はナノ流体の粘度に依存し、摩擦力が減少するに従います。 \(C{f}_{y}\) は \(N\) と \({\Gamma }_{1}\) の膨張により上昇しますが、値の増加を考慮すると下降します。これは、ラピシティスリッページ \({\Gamma }_{1}=\frac{2-{\sigma }_{v}}{{\sigma }_{v}}{\lambda }_{0}) が増加するためです。 \sqrt{\frac{d}{v}}\) により反応速度が上昇し、この効果が発生します。表 4 は、無次元のさまざまな変数の熱さと質量交換率を調べることが期待されます。輻射境界 \({R}_{\delta }\) とプラントル数 \({P}_{r}\) を変更すると、ヌッセルト数は向上しますが、温度が下がると値が下がることがわかりました \( {\ガンマ }_{2}\)。これは、熱放射の存在によって蓄積された熱エネルギーが増加し、ナノ流体分子を通じて熱エネルギーが放出され始め、相互の熱伝達率が向上し、その結果ヌッセルト数が増加するためです。質量交換率は、\({R}_{\delta }\)、物質反応速度、シュミット数 \(Sc\)、温度コントラスト境界、および固定値の定常 \(n\) 増加時に増加しますが、 \ に応じて減少します。 ({P}_{r}\)、熱が滑りやすい \({\Gamma }_{2}\)、および実行エネルギー \(E\) が低下します。

\({R}_{\eta }\) が \({f}^{{\prime}}(\eta )\) に及ぼす影響を図 3 に示します。 \({R}_{\eta }\) }\) は、実際のレベルで行為が層流か激しいかを決定します。レイノルズ数は、慣性力とねばねば力の比です。レイノルズ数が高くなるほど、粘稠度よりも慣性力が大きくなり、一貫性が厚くなり、運動フィールドが小さくなることに注意してください。実際、ナノ粒子の体積分率が増加すると、液体の固定が減少し、液体の厚さが減少し、アイドル状態が増加します。最後に、ラピディティーフィールドの低下における重要な要素です。図 4 は、 \({D}_{\eta }\) が \({f}^{{\prime}}(\beta )\) に及ぼす影響を示しています。物理的には、デボラ値が小さいほど材料がより自由に動作し、その結果ニュートン粘性の流れが生じます。デボラの量が増加すると、エフェクティブは非ニュートン主義ゾーンに入り、弾性率が増加し、固体のような挙動を示します。デボラ量が多いほど粘度効果が強くなります。デボラ値は、液体固体と流体の特性を物理レベルで区別します。 \({D}_{\eta }\) が増加すると、流体は流体から固体に変化します。物質は \({D}_{\eta }\) が小さい場合は液体のように振る舞い、 \({D}_{\eta }\) が大きい場合は固体のように振る舞います。 \({D}_{\eta }\) が増加すると、ずり粘稠化などの流体挙動が表面を通って流れにくくなり、\({f}^{{\prime}}\left(\beta \right) が低下します)\)。 \({f}^{{\prime}}\left(\beta \right)\) におけるべき乗則指数 \(M\) の動作 (図 5)。せん断力が適用されると、\(N\) はナノ流体の粘度に影響を与えます。 \(N\) という文字は、流体せん断減粘性とニュートン主義を表します。 \(N\) を正に変化させると、粘性が高まり (せん断が厚くなり)、延性表面を流れる流体の速度が低下するため、注意が必要です。物理的には、ナノ分子の体積分率が大きくなり、流体の粘度が上昇し、流体の速度が低下する結果として、せん断厚さが増加します \({f}^{{\prime}}\left(\beta \right)\) 。回転パラメータと \({f}^{{\prime}}\left(\beta \right)\) の関係を図 6 に示します。金ナノ分子の分数サイズが拡大されるため、\({f }^{{\prime}}\left(\beta \right)\) と運動量境界層の厚さ。 \({f}^{{\prime}}\left(\beta \right)\) の変化は、せん断粘稠化のように機能します。トルクが増加すると、流体の粘度が段階的に変化し、ナノ流体の速度が低下します。 \(g\left(\beta \right)\) に対する \({R}_{\eta }\) の効果を図 7 に示します。粘性の影響とは逆に、\({R}_{ \eta }\) は慣性効果の関連性を強調しています。 \({R}_{\eta }\) が膨張すると、液体の粘稠度が低下し、液体の速度 \(g\left(\beta \right)\) が減少します。図 8 の背後にある動機は、 \(g(\beta )\) 上の \({D}_{\eta }\) の特徴を強調することです。液体の速度を鈍らせる、より高い厚みのパワーにより、\({D}_{\eta }\) の膨張が起こりました。 \({D}_{\eta }\) の一貫した変化により、液体は剪断膨張とまったく同じように動作します。ナノ分子の量が増加すると、液体の厚さが減少する一方で、どのように影響を受けるかを見るのは興味深いです。物理的には、ナノ構造粒子の量を増やすと液体の粘稠度が高まり、液体の速度と \(g(\beta )\) が低下します。図 9 は、 \({f}^{{\prime}}\left(\beta \right)\) に対する \({\Gamma }_{1}\) の影響を示しています。 \({\Gamma }_{1}\) の増幅により、\({f}^{{\prime}}\left(\beta \right)\) の価値が減ります。滑りやすい限界制限の状態では、プレートと液体の速度がプレートで等しくなくなり、液体の速度が低下し、速度が低下します。図 10 は \(g(\beta )\) の図を示しています。これは物理的に、表面近くの粒子の蓄積により境界層近くの液体の粘性が高くなり、境界層から離れるほど速度が低下し増加するためです。もう 1 つの重要な概念は、ベース液中のナノ粒子の割合が増加するにつれて、液体の厚さが減少し、伸縮可能なプレートを横切る移動が容易になるということです。ナノ分子の体積部分を拡大すると液体が形成され、液体の速度と \(g(\beta )\) が減少します。

\({f}^{{\prime}}\) に対する \({R}_{\eta }\) の影響。

\({D}_{\eta }\) が \({f}^{{\prime}}\) に及ぼす影響。

\(N\) が \({f}^{{\prime}}\) に及ぼす影響。

\({f}^{{\prime}}\) に対する \(\lambda\) の効果。

\(g\) に対する \({R}_{\eta }\) の影響。

\({D}_{\eta }\) が \({f}^{{\prime}}\) に及ぼす影響。

\({f}^{{\prime}}\) に対する \({\Gamma }_{1}\) の効果。

\(\lambda\) が \(g\) に与える影響。

図 11 は、 \(\theta (\beta )\) に対して \({R}_{\delta }\) が実行される様子を示すことを目的としています。 \({R}_{\delta }\) は、物理学の観点から最も重要な熱伝達則です。 \({R}_{\delta }\) の増幅により熱伝達率が増加することが一般に知られています。これは、 \({R}_{\delta }\) の改善により平均吸収率が低下し、結果として \(\theta (\beta )\) が増幅されるためです。実際には、\({R}_{\delta }\) と組み合わせてナノ分子のサイズが大きくなると、流体の熱伝導が強化され、\(\theta (\beta )\) が増加します。 \(\theta (\beta )\) に対する \({P}_{r}\) の効果を図 12 に示します。 \({P}_{r}\) が小さい場合、熱は急速に拡散します。 \({P}_{r}\) が大きい場合は速度 (運動量) と比較し、その逆も同様です。さらに、\({P}_{r}\) の増幅により、熱境界層の厚さは \(\theta (\beta )\) 減少します。これは物理的にプラントル数と熱拡散率の逆関係によるものです。熱伝導率が低いために熱拡散率の欠如が発生し、プラントル数が増大し、ナノ液体内部の温度が上昇するように作用します。 \({\Gamma }_{1}\) と温度の関係を図 13 に示します。 \({\Gamma }_{1}\) を拡大すると、表面と周囲の熱の間の空間が減少し、熱が輸送されます。流体の熱が下がるため、プレートから液体までの温度が下がります。

\(\theta\) に対する \({R}_{\eta }\) の影響。

\(\theta\) に対する \({P}_{r}\) の影響。

\(\theta\) に対する \({\Gamma }_{2}\) の影響。

図 14 は、意識領域 \(\phi (\beta )\) における化学応答電荷 \(\sigma\) の効果を強調しています。物理的解釈は、 \(\sigma (1+\delta \theta {)}^{n}exp\left(\frac{-E}{1+\delta \theta }\right)\) が拡大する量を指します。 \(\sigma\) や \(n\) の改善も同様で、破壊的な化学反応作用を引き起こし、質量サイズの範囲を小さくします。式中の指数部分は、活性エネルギーが減少すると、反応速度定数が指数関数的に増加することを意味します。反応速度はその速度定数に直接比例するため、速度も指数関数的に増加します125。質量領域 \(\phi (\beta )\) における \({S}_{\delta }\) の影響は図 15 に定義されています。シュミット量は運動量と質量拡散率の比です。 \({S}_{\delta }\) の高品質な代替物が質量拡散率を低下させることは注目に値します。物理的には、\({S}_{\delta }=\frac{\nu }{D}\) の増加により流体の粘度が低下します。これにより質量拡散が減少し、運動量拡散率が増加します。 \({S}_{\delta }\) の最大値が存在すると、流体の粘性と \(\phi (\beta )\) が低下する可能性があります。

\(\phi\) に対する \(\sigma\) の影響。

\(\phi\) に対する \({S}_{\delta }\) の影響。

この論文では、銅と酸化グラフェンのナノ分子、活性エネルギー、推進力、熱滑りやすい境界制約、および放射熱流を備えた 3 次元回転サタビーハイブリッド流体が定義されています。シミュレーションされた問題の数値解は、MATLAB KBM 組み込み手法を使用して達成されました。結果の最も重要な側面のいくつかを次に示します。

プロフィール \({f}^{{\prime}}(\eta )\) は、\({R}_{\eta }\)、\({D}_{\eta }) の拡張機能を代表して中傷しています。 \)、および \(N\)。

因数 \(\lambda\) および \(N\) 内の倍率は、 \(g(\beta )\) の拡張子まで監視されます。

\({\theta }_{w}\) の強化は \(\theta \left(\beta \right)\) を押し上げますが、\(\theta \left(\beta \right)\) は次のような理由で低下します。 \({R}_{\delta }\) の機能強化。

ヌッセルト多様体の値は \({\Gamma }_{1}.\) の増幅を下回ると減少します。

\(\phi \left(\beta \right)\) が \(\xi .\) の拡張の場合内で増加することが重要です。

\({\Gamma }_{2}\) の正のバリアントは \(\phi \left(\beta \right).\) を増加させます。

質量分率サイズ規律の概要は、化学反応係数 \(\Gamma .\) によって減少します。

ケラーボックス法は、将来さまざまな物理的および技術的課題に適用される可能性があります126,127,128,129,130,131,132,133,134,135,136,137,138,139。

この研究の結果は、データを裏付けるために論文内でのみ利用可能です。

この記事は撤回されました。詳細については、撤回通知をご覧ください: https://doi.org/10.1038/s41598-023-34628-4

周囲温度(K)

レイノルズ数

角速度

周囲濃度 (\(\frac{\text{mol}}{{\text{m}}^{3}}\))

2 番目の不変ひずみテンソル

一貫性インデックス

熱放射

\(x\) 軸に沿った伸縮速度 (\(\frac{{\text{m}}}{{\text{s}}}\))

プラントル数

反応速度定数 (\(\frac{\text{mol}}{\text{lit-s}}\))

速度調節係数

温度スリップ(K)

近似速度定数

壁温度 (K)

ゼロせん断手数料粘度

デボラ番号

回転パラメータ

材料時定数

温度

追加応力テンソル

べき乗則動作指数

速度スリップ (\(\frac{{\text{m}}}{{\text{s}}}\))

放射熱流束 ( \(\frac{\text{W}}{{\text{m}}^{2}}\))

活性化エネルギー (\(\frac{{\text{J}}}{{{\text{mol}}}}\))

温度調節係数

シュミット数

リビリアン・エリクソン・テンソル

壁での集中力 (\(\frac{\text{mol}}{{\text{m}}^{3}}\))

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ワジャリー・ウェラ

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WJ が問題を定式化した。 WJ と MRE が問題を解決しました。 WJ、MRE、RS、AAP、MA、ZR、SSPMI、WW が結果を計算し、精査しました。著者全員が等しく論文の執筆と校正に貢献しました。著者全員が原稿をレビューしました。

ワジャリー・ウィーラへの通信。

著者らは競合する利害関係を宣言していません。

シュプリンガーネイチャーは、発行された地図および所属機関における管轄権の主張に関して中立を保ちます。

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受信日: 2022 年 3 月 21 日

受理日: 2022 年 6 月 28 日

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