Наножидкости (нанофлюиды)- это жидкости, которые содержат частицы (или агломераты частиц), имеющие размер до 100 нм. Наножидкости обладают уникальными физико-химическими, например, такими как значительно увеличенной теплопроводностью по сравнению с жидкостью-носителем. В настоящее время наножидкости активно применяются в инженерии, биологии, фармакологии и других отраслях. Наножидкости находят активное применение в отводе тепла и регуляции температуры в различных аппаратах, включая лабораторные приборы, используемые в биологических экспериментах.
Наряду с экспериментальным изучением наножидкостей в лаборатории, математическое и компьютерное моделирование играет заметную роль. Оно позволяет тестировать различные гидрофизические и температурные режимы для широкого диапазона параметров без использования дорогостоящей экспериментальной аппаратуры. В настоящей научной работе исследователями из Института проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова РАН и Университета Аль-Джуфа (Саудовская Аравия) использовалось математическое моделирование для изучения пространственного распределения скоростей и температуры наножидкости, когда течение возбуждается вращением гладкого диска. Математически, исходные уравнения Навье-Стокса, которые обычно применяются в моделировании динамики жидкости, были упрощены с помощью преобразований подобия (преобразования фон Кармана). Далее, соответствующие упрощенные уравнения стационарных потоков были решены численно, т.е. с помощью компьютерного моделирования. В качестве коллоидных частиц, образующих наножидкость, рассматривались наночастицы меди.
Было получено, что важнейшим параметром, регулирующим температурный режим является доля наночастиц меди в жидкости. Имеется надежда, что найденные на основе вычислений поля температуры и скоростей скоро позволят усовершенствовать работу различных лабораторных установок, используемых как в биологических, так и в физических экспериментах, например, для поддержания температурного режима эксперимента и возможности быстрого перехода от одного температурного режима к другому.
Результаты опубликованы в журнале: Alkuhayli, N.A.M. and Morozov, A., 2024. Analysis of Heat Transfer for the Copper–Water Nanofluid Flow through a Uniform Porous Medium Generated by a Rotating Rigid Disk. Mathematics, 12(10), p.1555.