Evaluación de la distribución térmica a través de un radiativo inclinado.

Scientific Reports volumen 12, número de artículo: 13275 (2022) Citar este artículo

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Se publicó una corrección del autor de este artículo el 29 de agosto de 2022.

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En esta investigación se ha examinado la distribución térmica en una aleta porosa cóncava convectiva-radiativa unida a una superficie inclinada. La ecuación que gobierna la variación de temperatura y calor en la aleta con la generación interna de calor se transforma usando variables adimensionales, y la ecuación diferencial parcial (PDE) resultante se aborda usando un esquema analítico, el método de series de potencia residual generalizada (GRPSM). Además, se proporciona una discusión gráfica para examinar las consecuencias de diversas variables adimensionales, incluidos los parámetros de convección-conducción, temperatura ambiente, radiación, generación de calor y efecto de porosidad en el campo térmico de la aleta. Además, se traza un gráfico para analizar las variaciones del gradiente de temperatura inestable utilizando el método de diferencias finitas (FDM) y el método de series de potencias residuales generalizadas (GRPSM). El principal resultado de esta investigación revela que a medida que aumenta la escala del parámetro de convección-conducción, la distribución de temperatura en la aleta disminuye. Para el parámetro de generación de calor, aumenta la distribución térmica dentro de la aleta.

La transferencia de calor es la transmisión de energía inducida por variaciones de temperatura y si dos sistemas en contacto tienen temperaturas diferentes, la transferencia de calor se produce hasta alcanzar el equilibrio térmico. Se requiere la innovación de líquidos de transferencia de calor eficaces con conductividad térmica y coeficiente de transferencia de calor elevados para mejorar la eficiencia del proceso de transmisión de calor y reducir el costo y el tamaño de los módulos y dispositivos relevantes. La suspensión de pequeñas partículas sólidas en líquidos es un método eficaz para aumentar la conductividad térmica de los líquidos y, por tanto, mejora el fenómeno de transferencia de calor. Utilizando este tipo de líquidos, varios investigadores exploraron las características de la transferencia de calor1,2,3,4,5,6,7. Por otro lado, la transferencia de calor se mejora gracias a la superficie extendida. Se produce calor excesivo en las piezas de las máquinas en varias aplicaciones industriales, lo que puede provocar una variedad de defectos en los materiales. La transferencia de calor a través de la superficie extendida del aparato es una estrategia para evitar daños materiales. Una aleta es una superficie extendida que se utiliza para aumentar la tasa de transferencia de calor desde la superficie primaria al medio ambiente. Tiene amplias aplicaciones tecnológicas, a saber, motores de embarcaciones refrigerados por aire, compresores, reactores nucleares, intercambiadores de calor, refrigeración, aparatos eléctricos y electrónicos, etc. Mientras tanto, las aletas de material poroso tienen ventajas considerables sobre las aletas convencionales y su investigación es uno de los temas más completos en el campo de la transferencia de masa y energía. En el escrutinio de la transferencia de calor de aletas de material permeable, se debe tener en cuenta la transferencia de energía y masa de medios sólidos y fluidos. Se han realizado varios análisis para explorar métodos eficientes y productivos de transferencia de calor a través de superficies con aletas permeables. Ndlovu y Moitsheki8 discutieron el transporte de calor unidimensional y los aspectos térmicos en una aleta recta porosa móvil del área uniforme de sección transversal. Con el impacto de mecanismos radiativos, magnéticos y convectivos, Madhura et al.9 describieron las características del campo térmico de una aleta longitudinal permeable. Nabati et al.10 ejecutaron el método de colocación sinc para estudiar el comportamiento térmico de la aleta permeable bajo la influencia de la fuerza magnética. Con la implementación de procedimientos analíticos, Kundu y Yook11 determinaron la aproximación analítica de la aleta porosa y así investigaron las características de transferencia de calor de la aleta considerada. Considerando el modelo local de desequilibrio térmico, Buonomo et al.12 investigaron los aspectos de transferencia de energía de una superficie extendida rectangular permeable. Implementando el método de colocación espectral, Kumar et al.13 describieron la variación de temperatura y energía en una superficie extendida trapezoidal permeable con fenómeno de radiación.

Las aletas con un área de sección transversal no uniforme, que contribuyen a una estructura más ligera, se recomiendan en campos de aplicaciones aéreas y espaciales en lugar de aletas de forma rectangular más pesadas, a pesar de que tales construcciones de aletas más ligeras son más complicadas y costosas de producir. Aziz y Fang14 expusieron las variaciones térmicas dentro de la aleta recta de espesor variable. Se analizan otros aspectos de la transferencia de calor considerando varios perfiles de aletas, a saber, trapezoidales, rectangulares y cóncavos. Utilizando el enfoque DTM, Torabi et al.15 analizaron el rendimiento térmico de una aleta de perfil cóncavo radiativo-convectivo. Kang16 discutió las características de transferencia de calor de la superficie extendida parabólica cóncava. Recientemente, Wang et al.17 emplearon la técnica de DTM para examinar los aspectos de la disipación de energía a través de una aleta permeable de la superficie inclinada. Goud et al.18 probaron el rendimiento térmico y el flujo de calor en una aleta de cola de milano con producción interna de calor. En presencia de convección y radiación, Jagadeesha et al.19 expusieron el rendimiento térmico de una aleta semiesférica completamente humedecida utilizando un modelo de conducción de calor no de Fourier. Varios investigadores han trabajado en la resolución de ecuaciones diferenciales ordinarias utilizando diversas técnicas, incluido el método de transformación diferencial20,21,22,23,24, el método de colocación sinc10, el método de diferencias finitas25, el método de colocación espectral26,27, el método de mínimos cuadrados28 y entre otros. Varias de estas metodologías son computacionalmente complejas porque son de naturaleza de prueba y error o implican cálculos simbólicos complicados. El método de series de potencias residuales (RPSM) es una de las técnicas analíticas que se utiliza ampliamente para lograr una solución aproximada porque no requiere suposiciones restrictivas ni linealización. Este método se puede emplear eficazmente para los problemas planteados y es más fácil lograr soluciones aproximadas precisas sin más complicaciones. El RPSM es un enfoque innovador para obtener soluciones analíticas en series de Taylor para ecuaciones diferenciales lineales y no lineales. Como resultado de la aplicación de la noción de error residual, se puede obtener una solución en serie, así como una solución en serie truncada. Arqub et al.29,30 aplicaron el RPSM para resolver los problemas de valor inicial. Usando RPSM, Syam31 discutió la solución de la ecuación integrodiferencial de Fredholm de orden fraccionario. Az-Zo'bi32 aplicó RPSM para analizar la solución numérica del movimiento dependiente del tiempo del modelo de gas de van der Waals. Las referencias 33,34,35,36,37,38 resaltan la importancia del flujo de fluido con respecto a varias suposiciones a través de diferentes geometrías.

La mayoría de los estudios se centraron en analizar la distribución térmica unidimensional de la aleta porosa recta o de perfil cónico, como lo demuestran las investigaciones anteriores. En otros casos se proporcionan más soluciones numéricas y analíticas. Además, no existen análisis detallados con soluciones analíticas sobre la distribución térmica inestable a través de una aleta inclinada cónica. Por lo tanto, el objetivo principal de este análisis es examinar la variación inestable de la temperatura a través de una aleta porosa cóncava inclinada con calentamiento interno. Además, el perfil de temperatura de la aleta se ha resuelto analíticamente mediante el método de series de potencias residuales generalizadas (GRPSM).

Se estudia el comportamiento térmico inestable de una aleta cóncava permeable con convección y radiación. \(L\) y \(W\) son la longitud y el ancho de la aleta cóncava permeable con espesor de base \(t_{b}\). La disipación de calor al ambiente se produce por efecto de la radiación y la convección en \(T_{a}\). En este análisis se considera la aleta que está unida a una superficie inclinada en un ángulo \(\alpha\), como se demuestra en la Fig. 1. Se supone que el medio poroso está saturado con un fluido monofásico, homogéneo e isotrópico. . El modelo de Darcy caracteriza la interacción de un medio poroso y un medio fluido. Otra implicación implica que el espesor de la aleta es pequeño en comparación con su longitud. También se supone que la temperatura dentro de la aleta varía sólo en la dirección x, siendo la variación de temperatura en la dirección y lo suficientemente pequeña como para ignorarla.

Representación física de una aleta parabólica cóncava inclinada.

La transmisión de energía transitoria con el supuesto mencionado anteriormente se establece mediante la siguiente ecuación rectora (Torabi et al.15 y Ma et al.39):

donde \(h^{*}\) es el coeficiente de transferencia de calor por convección, \(q^{*} (T)\) significa generación interna de calor, \(\rho\) es la densidad, \(\sigma\) indica la constante de Stefan-Boltzmann, \(g\) simboliza la aceleración debida a la gravedad, \(K\) es la permeabilidad, \(c_{p}\) representa el calor específico y \(t(x) = \left[ { \Lambda \left( {\left( \frac{x}{L} \right)^{2} - 1} \right) + t_{b} } \right]\) son los espesores de semialetas locales.

Se supone que la generación interna de calor es función de la temperatura:

donde, \(q_{a}\) denota generación de calor a temperatura ambiente y \(\xi\) es el parámetro de generación de calor. Como este análisis considera una aleta de longitud finita con una punta aislada, no habrá flujo de calor a través de la punta de la aleta. Por lo tanto, las condiciones de contorno relevantes (BC) para la ecuación. (1) son:

Los términos adimensionales apropiados involucrados en este estudio son:

La ecuación (1) y los BC se transforman a una forma adimensional usando la ecuación. (2) y la ecuación. (4) ceder,

La ecuación anterior incluye el parámetro de conducción de radiación \(Nr\) que está directamente asociado con la emisividad de la superficie, la relación de conicidad de las aletas \(C\) que describe el perfil cónico cóncavo, el parámetro de conducción de convección \(Nc\) es la relación de convención para la conducción, el parámetro de producción interna de calor \(Q\) y el parámetro de porosidad \(S_{H}\).

Simultáneamente con la ayuda de la Ec. (4), ecuación. (3) rendimientos,

Sea \(F\) una función de dos variables \(x\) y \(t\), es decir, \(F(x,t)\) y considere la siguiente PDE,

con condiciones iniciales y de contorno,

donde, \(\Omega\) es un operador diferencial y \(g\) denota el término fuente.

Suponga que la solución de la ecuación. (7) tiene la serie de potencias en la forma que se muestra a continuación

Reescribiendo la ecuación. (7) rendimientos

Para evaluar las funciones de coeficientes, \(Y_{i} (x),\,\,\,i = 0 \ldots k\), la késima función residual se define como

Reiterando esta operación para encontrar la solución n-ésima se obtiene

Reorganice la ecuación. (5) como:

Sea la solución en serie de la forma

Aplicando el GRPSM a la ecuación. (13) da

Para obtener los coeficientes \(\Psi_{k} \left( X \right),\,\,k = 1,2,3, \ldots ,m\), reemplaza \(k\)th por una serie truncada de \ (\Theta \left( {X,\tau^{*} } \right)\) en la ecuación. (15) y aplique la siguiente fórmula derivada en \({\text{Re}} s^{k} \left( {X,\tau^{*} } \right)\) (Modanli et al.40) ,

Para simplificar, los valores de los parámetros correspondientes se toman como \(Nc = 2\), \(S_{H} = 0.5\), \(Nr = 3\), \(\Theta_{a} = 0.2\) , \(k_{r} = 0.1\), \(C = 0.1\), \(\phi = 0.1\), \(\gamma = 0.2\), \(Q = 0.8\) y \(\alpha = {\pi \mathord{\left/ {\vphantom {\pi 6}} \right.\kern-\nulldelimiterspace} 6}\). Al sustituir estos valores y con el uso de BCs se determinan los coeficientes de \(\Psi_{k} \left( X \right),\;k = 1,2,3, \ldots ,8\),

Expresa los coeficientes anteriores en una serie truncada y \({\text{M}} = 0.5937942627\) es el valor obtenido con la ayuda de BC. Usando la \(k\)ésima serie truncada lograda en la ecuación. (14), la solución final en serie del problema de las aletas se representa como

Al formular el modelo térmico inestable de una aleta porosa cóncava inclinada, se tienen en cuenta la generación de calor interno, la convección natural y el impacto de la radiación. La ecuación (1) expresa la ecuación de calor balanceada correspondiente y se convierte a una PDE utilizando términos adimensionales junto con BC. La ecuación obtenida revela que los parámetros adimensionales afectan la distribución térmica de una aleta porosa. Posteriormente, la Ec. (5) se deriva analíticamente utilizando las propiedades elementales de la técnica propuesta. Para el análisis del efecto de inclinación, se proporciona la Tabla 1 para presenciar la variación en el perfil térmico transitorio \(\Theta \left( {X,\tau^{*} } \right)\) de la aleta porosa inclinada con respecto a diferentes ángulos de inclinación \(\alpha\). Se detecta en esta tabla que la distribución térmica disminuye desde la base hasta la punta de la aleta porosa para todas las variables adimensionales consideradas en el estudio \(Nc = 1\), \(S_{H} = 10\), \( Nr = 1\), \(\Theta_{a} = 0.1\), \(k_{r} = 0.1\), \(C = 0.1\), \(\phi = 0.1\), \(\gamma = 0,1\), \(Q = 0,8\) a diferentes valores del ángulo de inclinación. El perfil térmico significa una mayor distribución térmica en \(\alpha = 0\), lo que resulta en una menor tasa de transferencia de calor. Mientras tanto, a medida que se modifica el valor de \(\alpha\) (\(\alpha = {\pi \mathord{\left/ {\vphantom {\pi 6}} \right. \kern-\nulldelimiterspace} 6},\ ,{\pi \mathord{\left/ {\vphantom {\pi 3}} \right. \kern-\nulldelimiterspace} 3},{\pi \mathord{\left/ {\vphantom {\pi 2}} \ derecha. \kern-\nulldelimiterspace} 2}\)), el perfil térmico de la aleta revela características decrecientes en todas las ubicaciones de la longitud de la aleta. En esta sección se examina gráficamente la consecuencia de los parámetros adimensionales antes mencionados sobre el gradiente térmico \(\Theta \left( {\tau^{*} ,X} \right)\) de la aleta. La PDE no lineal (Ec. (5)) se resuelve usando la técnica del método de diferencias finitas (FDM) en el dominio \(0 \le X \le L\) y \(0 \le \tau^{*} \le T \). Junto con la malla uniforme, la aproximación de diferencias finitas se aplica en la dirección de \(X\) y el tamaño del paso de los dominios de tiempo y espacio se elige como \(\Delta \tau^{*} = \Delta X = 0.001\ ). Además, el presente análisis (GRPSM) se compara con el resultado numérico (FDM) como se muestra en la Fig. 2 y se encuentra que concuerdan excelentemente. La importancia de los parámetros adimensionales en la desviación de temperatura de la aleta se muestra en las Figs. 3, 4, 5, 6 y 7.

Validación del presente resultado con el método numérico.

(a) Naturaleza de \(\Theta \left( {X,\tau^{*} } \right)\) para varios valores de \(Nc\) (b) Naturaleza de \(\Theta \left( {X, \tau^{*} } \right)\) para varios valores \(Nr\).

(a) Naturaleza de \(\Theta \left( {X,\tau^{*} } \right)\) para varios valores de \(\Theta_{a}\) (b) Naturaleza de \(\Theta \left ( {X,\tau^{*} } \right)\) para varios valores de \(S_{H}\).

(a) Naturaleza de \(\Theta \left( {X,\tau^{*} } \right)\) para varios valores de \(Q\) (b) Naturaleza de \(\Theta \left( {X, \tau^{*} } \right)\) para varios valores de τ*.

(a) Naturaleza de \(\Theta \left( {X,\tau^{*} } \right)\) para \(\tau^{*} = 0.1\) (b) Naturaleza de \(\Theta \ left( {X,\tau^{*} } \right)\) para varios \(\tau^{*} = 0.3\).

(a) Naturaleza de \(\Theta \left( {X,\tau^{*} } \right)\) de aleta sólida no porosa (b) Naturaleza de \(\Theta \left( {X,\tau ^{*} } \right)\) de aleta porosa.

El impacto del parámetro convectivo \(Nc\) en la distribución de temperatura de la aleta cóncava se ve en la Fig. 3a para \(S_{H} = 0.5\), \(Nr = 1\), \(\Theta_{a) } = 0.1\), \(k_{r} = 0.1\), \(\phi = 0.1\), \(\gamma = 0.1\), \(\alpha = {\pi \matord{\left/ { \vphantom {\pi 6}} \right. \kern-\nulldelimiterspace} 6}\), \(Q = 0.8\), y \(\tau^{*} = 0.5\) considerando diferentes \(C\) ) valores (\(C = 0.1\,{\text{y}}\,C = 0.3\)). Se detecta que con un aumento en el parámetro convectivo (\(Nc = 1,\,3,\,5\)) el perfil térmico disminuye. Esto se debe al efecto de la convección natural sobre la superficie cóncava de la aleta. La convección transportará el calor a la superficie de las aletas y, por lo tanto, ayudará a disminuir el calor y al enfriamiento de las aletas. Con todos los parámetros considerados \(Nc = 1\), \(S_{H} = 0.6\), \(\Theta_{a} = 0.2\), \(k_{r} = 0.1\), \(\ phi = 0,1\), \(\gamma = 0,1\), \(\alpha = {\pi \mathord{\left/ {\vphantom {\pi 6}} \right. \kern-\nulldelimiterspace} 6}\ ), \(Q = 0.8\), la Fig. 3b muestra el impacto del parámetro radiativo \(Nr\) en el rendimiento térmico de la aleta cóncava. El parámetro radiativo exhibe la misma naturaleza que el parámetro convectivo, es decir, una disminución en el perfil de temperatura con un aumento en \(Nr\) (2, 4, 6). El efecto de la radiación aumenta la transferencia de calor desde la superficie de las aletas al entorno. Por lo tanto, se ha observado una reducción de la temperatura con un aumento del parámetro de radiación. La importancia de la temperatura ambiente \(\Theta_{a} \left( {0,\,0.3,\,0.5} \right)\) en el campo térmico de una aleta porosa inclinada cóncava con \(Nc = 1\) , \(S_{H} = 0.2\), \(Nr = 1\), \(k_{r} = 0.1\), \(\phi = 0.1\), \(\gamma = 0.1\), \ (\alpha = {\pi \mathord{\left/ {\vphantom {\pi 6}} \right. \kern-\nulldelimiterspace} 6}\), \(Q = 0.8\), y \(\tau^ {*} = 0,5\) se muestra en la Fig. 4a. La mejora de la temperatura ambiente da como resultado un aumento del perfil térmico. Esto se debe a que \(\Theta_{a}\) es la relación entre la temperatura circundante y la temperatura base. Por lo tanto, con el aumento en \(\Theta_{a}\) hay una disminución en la transmisión de calor desde la superficie de la aleta al entorno, lo que conduce a un aumento en el perfil térmico. Al establecer \(Nc = 2\), \(Nr = 1\), \(\Theta_{a} = 0.3\), \(k_{r} = 0.1\), \(\phi = 0.1\), \(\gamma = 0.1\) , \(\alpha = {\pi \mathord{\left/ {\vphantom {\pi 6}} \right. \kern-\nulldelimiterspace} 6}\), \(Q = 0.7\), y \(\tau^{*} = 0.5\), el efecto de \(S_{H}\) en \(\Theta\) de la aleta se ha revelado en la Fig. 4b. La mejora en \(S_{H}\) (\(1,\,3,\,5\)) conduce a la reducción en el perfil de temperatura. Esto se debe al hecho de que el parámetro de porosidad ayuda a una mejor interacción del aire circundante con los poros de la aleta. Por tanto, el parámetro de porosidad ayuda al efecto de enfriamiento de las aletas. Las consecuencias del parámetro de generación de calor \(Q\) en \(\Theta\) de la aleta se representan en la Fig. 5a con \(Nc = 1\), \(S_{H} = 0.3\), \ (Nr = 1\), \(\Theta_{a} = 0.2\), \(k_{r} = 0.1\), \(\phi = 0.1\), \(\gamma = 0.1\), \( \alpha = {\pi \mathord{\left/ {\vphantom {\pi 6}} \right.\kern-\nulldelimiterspace} 6}\), y \(\tau^{*} = 0,5\). Aquí el aumento en \(Q\) (\(0,\,0.4,\,0.8\)) aumenta el valor térmico a lo largo de la longitud axial de la aleta debido a la presencia de calor interno dentro de la aleta. El calor interno mejora la temperatura de la superficie de la aleta y por lo tanto disminuye la velocidad de enfriamiento de la superficie de la aleta. La Figura 5b explica el impacto de \(\tau^{*}\) en \(\Theta\) de la aleta porosa cóncava. A medida que los valores de \(\tau^{*}\) (\(0.2,\,0.3,\,0.4\)) aumentan, la temperatura mejora notablemente bajo la consideración de \(Nc = 1\), \(S_{ H} = 0.1\), \(Nr = 1\), \(\Theta_{a} = 0.1\), \(k_{r} = 0.1\), \(\phi = 0.1\), \(\ gamma = 0,1\), \(\alpha = {\pi \mathord{\left/ {\vphantom {\pi 6}} \right. \kern-\nulldelimiterspace} 6}\), \(Q = 0,8\) . Las Figuras 6a yb demuestran la variación en la distribución térmica inestable de la aleta porosa inclinada cóncava en función del tiempo en un gráfico tridimensional (3D) para \(Nc = 1\), \(S_{H} = 0,1\ ), \(Nr = 1\), \(\Theta_{a} = 0.1\), \(k_{r} = 0.1\), \(C = 0.3\), \(\phi = 0.1\), \(\gamma = 0.1\), \(\alpha = {\pi \mathord{\left/ {\vphantom {\pi 6}} \right. \kern-\nulldelimiterspace} 6}\), y \(Q = 0,8\). En particular, en la Fig. 6a, el valor de \(\tau^{*}\) se elige como 0,1, y para este valor, se ha descubierto una disminución en la variación térmica, mientras que se reconoce un incremento en la variación térmica para \ (\tau^{*} = 0,3\), como se muestra en la Fig. 6b. Se ha realizado una comparación de los valores del perfil térmico de la aleta cóncava sólida y porosa inclinada para respaldar la importancia del problema de la aleta modelada. Para una mejor interpretación de la variación térmica de la aleta sólida y porosa inclinada cóncava, las figuras 7a y b se representan cuando los valores de los parámetros se establecen en \(Nc = 1\), \(Nr = 1\), \(\ Theta_{a} = 0,1\), \(k_{r} = 0,1\), \(C = 0,1\), \(\gamma = 0,1\), \(\alpha = {\pi \matord{\left / {\vphantom {\pi 6}} \right.\kern-\nulldelimiterspace} 6}\), \(Q = 0.8\) y \(\tau^{*} = 0.5\). En \(X = 0\), el valor del campo térmico de la aleta sólida \(\left( {S_{H} = \phi = 0} \right)\) es comparativamente mayor que el de la aleta porosa \(\left( {S_{H} = 10,\,\phi = 0.1} \right)\) y se observa el mismo comportamiento en todos los valores considerados de \(X\) (0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0,6). Por tanto, se deduce que la aleta porosa ayuda a la disipación térmica y, por tanto, proporciona una mayor tasa de transferencia de calor. El efecto de la relación de conicidad de la aleta es reconocible en todos los casos de investigación térmica antes mencionados, y se determina que la temperatura dentro de la aleta disminuye a medida que aumenta la escala de \(C\) (0,1, 0,3).

El estudio actual explica la dispersión térmica transitoria en una aleta cóncava permeable expuesta a la transferencia de calor convectiva-radiativa. La ecuación gobernante no está dimensionada mediante el empleo de términos adimensionales, y la PDE resultante se resuelve analíticamente utilizando el GRPSM. Las consecuencias de importantes factores adimensionales sobre el gradiente de temperatura también se representan mediante representación gráfica. Los siguientes son algunos de los resultados de estudio más significativos de la presente investigación:

A diferencia de investigaciones anteriores, el rendimiento de transferencia de calor de la aleta se ve afectado no solo por los mecanismos de radiación y convección, sino también por la relación de conicidad de la aleta y la inclinación de la superficie primaria.

La dispersión térmica en la aleta porosa aumenta con el tiempo.

Con un mayor nivel de relación de conicidad de la aleta, la aleta sufre una dispersión térmica decreciente.

A medida que aumentan los valores de los parámetros de convección-conducción y porosidad, la dispersión térmica en la aleta disminuye.

El perfil de temperatura de la aleta muestra una naturaleza mejorada para el parámetro de generación de calor elevado.

La dispersión térmica en la aleta disminuye a medida que aumenta la magnitud del atributo de conducción de radiación.

Puede ser muy beneficioso para un diseñador seleccionar el diseño de aleta cónica con una superficie vertical inclinada para lograr efectividad térmica en una aplicación práctica como los sistemas de almacenamiento de energía térmica de calor latente.

GRPSM proporciona una solución analítica para ecuaciones diferenciales no lineales y los resultados obtenidos en este trabajo de investigación coinciden estrechamente con los numéricos. La exactitud del método propuesto significa que GRPSM es una alternativa a otras técnicas para resolver PDE no lineales.

Todos los datos están claramente disponibles en el manuscrito.

Se ha publicado una corrección a este artículo: https://doi.org/10.1038/s41598-022-19035-5

Conductividad térmica

Parámetro de convección-conducción

Ángulo de inclinación

Tiempo

Emisividad

Constante de Stefan-Boltzmann

Aceleración debida a la gravedad

Buen perdedor

Permeabilidad

Calor especifico

Parámetro de conducción de radiación

Coeficiente de transferencia de calor por convección

Densidad

Ancho de la aleta

Temperatura adimensional

Espesores locales de semi-aletas

Porosidad

Relación de conicidad de las aletas

Espesor de semibase

Longitud de la aleta (adimensional)

Parámetro de generación de calor interno (adimensional)

Parámetro de porosidad

longitud de la aleta

Tiempo (adimensional)

Generación de calor interna

Índice de expansión volumétrica

Distancia axial de la aleta

Temperatura

Ambiente

Base

Sólido

Cantidad relativa

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Los autores agradecen el apoyo financiero brindado por el Centro de Excelencia en Ciencias Teóricas y Computacionales (TaCS-CoE), KMUTT. Esta investigación fue financiada por el Fondo Nacional de Ciencia, Investigación e Innovación (NSRF) y la Universidad Tecnológica del Rey Mongkut en el norte de Bangkok con el contrato no. KMUTNB-FF-65-24. Los autores desean agradecer al Decanato de Investigación Científica de la Universidad Umm Al-Qura por apoyar este trabajo mediante el Código de subvención: 22UQU4331317DSR25.

Departamento de Matemáticas, Universidad de Davangere, Davangere, Karnataka, 577002, India

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Centro de Excelencia en Ciencias Teóricas y Computacionales (TaCS-CoE), Laboratorio de Investigación de Punto Fijo KMUTT, Sala SCL 802 Laboratorio de Punto Fijo, Edificio del Laboratorio de Ciencias, Departamentos de Matemáticas, Facultad de Ciencias, Universidad Tecnológica Thonburi del Rey Mongkut (KMUTT), 126 Pracha-Uthit Road, Bang Mod, Thung Khru, Bangkok, 10140, Tailandia

Poom Kumam

Departamento de Investigación Médica, Hospital Universitario Médico de China, Universidad Médica de China, Taichung, 40402, Taiwán

Poom Kumam

Centro de Investigación de Innovaciones Dinámicas Inteligentes y No Lineales, Departamento de Matemáticas, Facultad de Ciencias Aplicadas, Universidad Tecnológica del Rey Mongkut en el Norte de Bangkok (KMUTNB), 1518, Wongsawang, Bangsue, Bangkok, 10800, Tailandia

Kanokwan Sitthithakerngkiet

Departamento de Ingeniería Mecánica, Facultad de Ingeniería, Universidad Príncipe Sattam Bin Abdulaziz, Wadi ad-Dawasir, 11991, Arabia Saudita

Ahmed Galal

Departamento de Ingeniería de Producción y Diseño Mecánico, Facultad de Ingeniería, Universidad de Mansoura, PO 35516, Mansoura, Egipto

Ahmed Galal

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Conceptualización: RSVK y GS, metodología: MIK y MCJ; redacción-preparación de borradores originales KG y BCP, redacción-revisión y edición: KS y AMG; adquisición de financiación: PK, investigación, supervisión: BCP y MIK Todos los autores han leído y aceptado la versión publicada del manuscrito.

Correspondencia a Poom Kumam o Ahmed M. Galal.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Varun Kumar, RS, Sowmya, G., Jayaprakash, MC et al. Evaluación de la distribución térmica a través de una aleta porosa radiativo-convectiva inclinada de perfil cóncavo mediante el método de series de potencias residuales generalizadas (GRPSM). Representante científico 12, 13275 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-15396-z

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Recibido: 16 de noviembre de 2021

Aceptado: 23 de junio de 2022

Publicado: 02 de agosto de 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-15396-z

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