数学分析的反应性粘性流经通道充满多孔介质

文摘

调查进行了研究熵代粘性、不可压缩,并通过一个通道反应流体稳定流动的多孔材料。近似解速度和温度场都是通过使用一个快速收敛Adomian分解方法(ADM)。然后使用这些解决方案确定热不可逆性和Bejan问题的数量。其他重要的流体参数的变化,提出了图形,和讨论。

1。介绍

研究热不可逆性在运动流体中找到其相关性几个地质、石油化工和工业应用。在大多数流在极高的温度下,热不可逆性是不可避免的。这通常会导致材料浪费由于thermofluid机器的效率降低。节约能源,Bejan1]介绍了一种基于热力学第二定律的方法来预测热系统的性能,以最大限度地利用稀缺的可用能源工作和现实中最小化。他的分析后,Al-Zaharnah和Yilbas [2)被认为是不可逆性分析粘性管流。哈达德et al。3)检查在强制对流热不可逆性同心圆柱环在不同流动条件下。Kahraman和Yurusoy4)应用同样的方法研究了非牛顿流体通过管道热不可逆性。Aksoy [5]认为夫妇的影响强调热不可逆性的发展通道与绝热表面和恒定热流。Ting et al。6)被认为是不可逆性与纳米流体在微通道使用water-alumina多孔材料。此外,汗和Gorla [7解决非牛顿流体的对流问题通过一个通道多孔介质和热通量。Revellin et al。8)解决绝热两相流的热性能使用两种不同的方法。Hedayati et al。9)利用热力学分析优化流不稳定楔。屁股和阿里10]报道的不可逆性分析流体与对流边界滑移。其他作品集中在最小化能量损失的流体可以在引用(11- - - - - -19和更多的多上市。

从应用程序的角度,研究运输活性液体在多孔介质是非常重要的,因为它们发生在许多重要的水处理等领域使用固定床、农业、石油复苏,地下水流动,地热工程、排气系统在燃烧,材料加工,和油藏工程。最近,Rundora和他的同事(20.- - - - - -22]记录几个调查不稳定反应流体在多孔介质和稳态流是如何进化的。求等。23]研究了粘弹性流体的流动通过non-Darcian多孔介质。Makinde [24]研究了固有的热不可逆性反应流体通过一个通道充满多孔材料。

在上面的所有研究中,熵流的产品粘性不可压缩流体通过多孔介质没有被调查。因此,工作在24)可以进一步扩展到提供更多有趣的结果在热力学和流体流动的传热特性。这是因为可能会浪费大量的金钱和精力如果流体的固有的不可逆性是不能很好地解决。因此,本文研究的具体目标熵产生的速度在粘性流体通过多孔介质流动系统。正在考虑的问题是非线性由于指数自然阿伦尼乌斯动力学速率定律的可燃液体。针对这一点,温度场的精确解是不可能的。为了解决这个问题,我们寻求Adomian系列解决方案,以避免指数项的线性化。Adomian分解方法是一种直接的方法解决各种微分方程带来的许多物理场景。它已经被广泛使用在过去的几十年里瑞秋(参考文献中报道了25),最近,使用的方法(26- - - - - -31日]。文章的计划如下:问题是制定和数学分析提出了部分2。部分3工作给Adomian方法的解决方案。提出了图形结果和解释4同时,节5,结束语。

2。数学分析

稳定的粘性不可压缩流反应流体通过多孔介质平行板沉浸在进行了研究。流被认为是full-developed和由一个应用压力梯度。通道壁温度保持不变。然后,平衡控制方程(24] 用下面的边界条件: 在这些假设下,熵代方程变成了 nondimensionalize (1)- (3),我们需要以下参数和变量: 无量纲的问题: 设置 然后,就不可逆性的比例 从(9),很明显,

3所示。Adomian方法的解决方案

的直接集成(5)- (6)导致积分方程 与 由于指数非线性(12),我们现在定义的一系列函数定义 用(13)到积分方程(11)- (12),我们得到 的非线性项(15)由 由泰勒级数展开得到以下Adomian多项式: 的零级组件系列解决方案(14)和(15) 因为一个连续函数的积分是连续的,那么每个系列的术语可以唯一地决定了 在哪里和的参数来确定。

然后,(17)- (19)是评估使用MATHEMATICA和获得的解决方案有限级数: 所示的系列解决方案是收敛和可微的两倍(见表1和2)。接下来,我们建立的独特解决方案(20.)。众所周知,李普希兹条件的独特性是充分的解决方案。因此,我们首先寻求李普希茨常数这样 是满意的。要做到这一点,边值问题(6)转换为系统一阶微分方程,通过引入以下转换: (22),(6)现在可以写成 在哪里,猜测值,将确保边界条件,得到满足。然后, 自,,存在并且是连续域。因此,李普希茨常数随着房地产 的存在。

独特性分析。Adomian系列解决方案(20.)的非线性问题(6)是收敛的和,在那里。

证明。让巴拿赫空间上所有连续函数与规范 让和是任何积分方程的两个解(12);然后, 这意味着 鉴于(21),然后我们有 让;然后, 或 因此,只要这个问题将有一个独特的解决方案,因此 请见表1和2数值结果。

4所示。结果与讨论

在本节中,相关流体的影响参数对速度和温度资料图形所示。图1显示了中等孔隙度对熵产生率的影响。因为多孔渗透性参数的增加意味着减少中等孔隙度,这导致减少流和热捕获策略。净效应是看到;即熵产生增加只有中心线的频道而减少在墙上。图2代表了活化能参数对熵产生率的影响。自活化能降低了流体温度,因此将减少产生的熵流区域。这是真的,因为增加Frank-Kamenetskii参数是提高流体的温度。因此,通过增加该参数的值,生成熵预计将增加,如图3。在图4,显示了粘性加热参数的影响。结果表明,熵产生率增加而增加的粘性加热参数值由于流体摩擦交互层。图5代表Bejan数量与活化能的变化。从情节,随着活化能参数的增加,由于传热降低热不可逆性。因此,流体摩擦不可逆性主导在多孔介质内的传热不可逆性。此外,作为多孔渗透性参数图6,有降低流量和流体温度上升。净效应表明,传热不可逆性俯视由于流体摩擦不可逆性。类似的行为是观察图7作为放热Frank-Kamenetskii参数增加。最后,随着粘性加热参数增加,粘滞在流道散热增加,和流体摩擦不可逆性主导传热不可逆性,观察图8。

5。结论

熵产生率的反应流体通过多孔介质的流动已经调查。Adomian分解方法用于获得强非线性边值问题的近似解的无量纲的能量方程。从目前的主要贡献知识分析如下:反应流体流经多孔介质时,熵产生最小的中心线通道;因此,流体摩擦不可逆性主导传热不可逆性的中心线。其次,与低渗透多孔介质是一个主要因素,耗尽thermofluid有用的可用能源。

命名法

:	流体温度
:	压力
:	壁温
:	导热系数的材料
:	多孔渗透性分别
:	动态粘滞度
:	反应热
:	速率常数
:	活化能
:	通用气体常数
:	反应物初始浓度对物种
:	通道宽度的一半
:	笛卡尔坐标系统
:	流体特征速度
:	无因次轴向压力梯度
:	Frank-Kamenetskii参数
:	活化能参数
:	粘性加热参数
:	多孔介质渗透率参数
:	达西数,分别
:	空间和无因次熵代。

相互竞争的利益

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

引用

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