Minimização da geração de entropia de maior

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 17688 (2022) Citar este artigo

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A presente investigação tem como objetivo analisar reações químicas endotérmicas/exotérmicas de alta ordem com energia de ativação considerando efeitos de termoforese e movimento browniano em fluxo convectivo misto MHD através de uma superfície de estiramento vertical. A influência do escorregamento de velocidade, escorregamento térmico e escorregamento de concentração junto com um campo magnético externo inclinado também é considerada. As equações diferenciais parciais não lineares acopladas governantes são transformadas em equações diferenciais ordinárias usando transformação de similaridade. O sistema resultante de EDOs não lineares é resolvido pela técnica de disparo de Newton Raphson usando o algoritmo RK-4. O impacto de vários parâmetros físicos descobertos no problema viz. variável de reação endotérmica/exotérmica, parâmetro de termoforese, parâmetro de energia de ativação, parâmetro de movimento browniano, parâmetro de reação química foram analisados ​​no perfil de velocidade, perfil de temperatura e perfil de concentração. Os efeitos desses parâmetros no coeficiente de atrito superficial, número de Nusselt e número de Sherwood são exibidos em forma de tabela, bem como gráficos de superfície. O impacto de vários parâmetros físicos que apareceram na geração de entropia é mostrado usando gráficos de superfície e contorno. Os achados numéricos estão de acordo com os resultados publicados anteriormente. Observa-se que um incremento nos parâmetros de termoforese e movimento browniano resulta em uma declinação dos perfis de entropia, enquanto um incremento nos perfis de número de Bejan é observado. Uma pequena região próxima à superfície apresenta uma inclinação nos perfis de concentração com o aumento da ordem da reação química. Em contraste, o efeito oposto é analisado perto da camada limite. Além disso, os gráficos de contorno e superfície são exibidos para retratar aplicações do mundo real em processos industriais e técnicos e a representação física das características de fluxo que surgem no estudo atual.

Os escoamentos mistos de convecção com transferência simultânea de calor e massa envolvendo energia de ativação de Arrhenius com reações químicas têm sido estudados nos últimos anos devido às suas vastas aplicações. A qualidade da maioria dos produtos industriais finais é determinada pelas taxas de resfriamento e reações químicas, seja a taxa de reação ou o tipo de reação química. O modelo atual inclui a energia de ativação, que a maioria dos pesquisadores não incluiu em estudos anteriores. A energia de ativação é amplamente considerada ao estudar vários fenômenos físicos, como armazenamento de petróleo e engenharia. Algumas publicações teóricas sobre o papel da energia de ativação na dinâmica dos fluidos estão disponíveis. Em 1889, Arrhenius fez uma tentativa inovadora de apresentar o conceito de energia de ativação. A energia de ativação é a menor quantidade de energia necessária pelos reagentes para que uma reação química ocorra. Este fenômeno é amplamente utilizado em reatores nucleares, mecânica de emulsão de óleo e água e processamento de alimentos. Menzinger e Wolfgang1 explicaram o significado detalhado da energia de Arrhenius. Bestman2 foi o primeiro a desenvolver e estudar esse fenômeno no transporte da camada limite. Makinde et al.3 investigaram o fluxo de convecção natural instável numericamente sob o impacto de reação química de ordem n e energia de ativação. Na presença de radiação térmica, Maleque4 analisou os efeitos de reações químicas endotérmicas/exotérmicas com energia de ativação de Arrhenius no fluxo de convecção livre MHD. Shafique et al.5 usaram uma técnica numérica para relatar quantitativamente um fluxo viscoelástico rotativo com energia de ativação. Tripathi et al.6,7 discutiram a influência da reação química no fluxo sanguíneo considerando o modelo de viscosidade variável. Dhalmini et al.8 abordaram a geração de entropia e energia de ativação em nanofluidos viscosos contendo espécies quimicamente reativas de ordem superior. Ullah9 investigou a energia de ativação associada com reações exotérmicas/endotérmicas em nanomateriais magnetizados fluindo através de um meio poroso Darcy-Forchheimer. Dawar et al.10 estudaram o fluxo MHD convectivo misto de ferropartículas de magnetita (Fe\(_3\)O\(_4\)) com sangue como fluido base passando por uma placa plana vertical não isotérmica. Dawar et al.11 realizaram um fluxo MHD convectivo misto de um nanofluido Al\(_2\)O\(_3\) à base de água em direção à região de estagnação de uma esfera girando angularmente.