Penelitian ini berfokus pada pengembangan cairan pemindah panas baru dengan kinerja termal yang sangat baik untuk memenuhi kebutuhan industri dan teknologi. Para ilmuwan telah mempelajari cairan ini secara ekstensif karena perannya yang krusial dalam industri pendinginan. Inovasi utama yang dibahas adalah nanofluida – material komposit yang dibuat dengan mendispersikan nanopartikel dalam cairan dasar untuk meningkatkan kapasitas termal. Penelitian ini secara khusus meneliti cairan berdebu, yang mengandung partikel debu berukuran milimeter atau mikron yang tersuspensi dalam cairan dasar. Fisika cairan berdebu memiliki aplikasi yang luas, termasuk: Sedimentasi, polusi lingkungan, reologi jantung, dispersi partikel sentrifugal.
Penelitian ini dibangun di atas karya dasar Saffman, yang memulai penelitian tentang aliran laminar cairan berdebu. Sifat dua fase dari pola aliran cairan berdebu telah menarik perhatian penelitian baru-baru ini karena bagaimana partikel padat larut dalam cairan atau gas. Hal ini memiliki aplikasi praktis dalam berbagai fenomena, seperti: Reaksi kimia yang membentuk tetesan dari penggabungan partikel debu, aplikasi luar angkasa (debu galaksi), mekanisme terestrial.
Studi ini secara khusus menyelidiki pembangkitan entropi dalam aliran fluida berdebu magnetohidrodinamik (MHD) di atas permukaan yang diregangkan. Hal ini penting karena analisis pembangkitan entropi membantu memahami ketidakterbalikan dalam sistem termal dan dapat digunakan untuk mengoptimalkan proses yang mengonsumsi energi. Penelitian ini menggabungkan beberapa elemen kunci: model aliran dua fase (fase fluida dan padat), efek medan magnet, dampak konsentrasi partikel debu, karakteristik perpindahan panas, serta pembangkitan entropi. Pendekatan komprehensif ini bertujuan untuk lebih memahami bagaimana berbagai faktor ini berinteraksi dan memengaruhi kinerja sistem fluida secara keseluruhan, dengan aplikasi potensial dalam manajemen termal dan sistem energi.
Metode dan Hasil
Penelitian ini menggunakan metodologi terstruktur untuk menganalisis dinamika aliran fluida berdebu magnetohidrodinamik (MHD) di atas permukaan yang diregangkan miring, dengan fokus pada pembangkitan entropi dan pengoptimalan termal. Penelitian ini dimulai dengan pembentukan model matematika yang menggambarkan aliran dua fase fluida berdebu, yang menggabungkan parameter fisik yang relevan seperti viskositas, suhu, dan konsentrasi partikel. Untuk memecahkan persamaan yang mengatur, para peneliti menggunakan transformasi kesamaan untuk mengubah persamaan diferensial parsial menjadi serangkaian persamaan diferensial biasa (ODE) non-dimensi. Metode numerik bvp4c dalam MATLAB kemudian digunakan untuk menghitung solusi ODE ini, yang menyediakan cara yang andal dan efisien untuk menganalisis interaksi kompleks dalam sistem fluida.
Hasil pada penelitian ini mengungkapkan beberapa temuan penting mengenai dampak berbagai parameter pada karakteristik aliran. Pengamatan utama meliputi: pembentukan entropi: yang menemukan bahwa angka Prandtl dan Eckert yang lebih tinggi menyebabkan peningkatan pembentukan entropi, sementara peningkatan konsentrasi massa partikel debu mengakibatkan penurunan pembentukan entropi. Efek suhu yang memberikan suhu fluida menurun dengan masukan parameter konveksi campuran yang lebih tinggi, yang menunjukkan bahwa efek daya apung yang ditingkatkan dapat menyebabkan energi termal yang lebih rendah dalam fluida. Pengaruh partikel debu, saat konsentrasi partikel debu meningkat, keseluruhan pembangkitan entropi juga meningkat karena lebih banyak keadaan mikro yang tersedia dalam sistem. Dampak medan magnet karena kehadirannya terbukti menurunkan angka Bejan, yang menunjukkan bahwa pengaruh gaya magnet pada pembangkitan entropi menjadi lebih signifikan daripada mekanisme perpindahan panas. Kecepatan dan ketebalan lapisan batas yang pada studi ini menemukan bahwa kecepatan fluida dan ketebalan lapisan batas menurun dengan meningkatnya efek konveksi campuran dan sudut kemiringan permukaan.
Secara keseluruhan, hasil tersebut memberikan wawasan berharga tentang perilaku fluida berdebu dalam kondisi MHD, yang menyoroti keseimbangan rumit antara dinamika termal, interaksi partikel, dan pengaruh magnetik. Penelitian ini tidak hanya meningkatkan pemahaman tentang mekanika fluida berdebu tetapi juga membuka jalan bagi studi masa depan dalam mengoptimalkan sistem manajemen termal dalam berbagai aplikasi industri.
Penulis : Prof. Dr. Retna Apsari, M.Si
Informasi detail dari riset ini dapat dilihat pada tulisan kami di:
https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/10407782.2024.2360652
Liaqat Ali, Retna Apsari, Amir Abbas, Priya Tak
