Magnetohydrodynamic Unsteady Free Convection Flow Past Vertical Porous Plates With Suction and Oscillating Boundaries
Chapter One
Aimย andย Objectivesย ofย theย Study
Theย mainย aimย ofย thisย dissertationย isย toย modifyย anย existingย workย ofย Balasubramanyamย etย al.ย (2010),ย byย introducingย conditionsย thatย doย changeย withย time,ย coupledย withย andย inย theย presence of modified Darcy term. With the following specific objectives of the study, toย solve:
- Magnetohydrodynamic unsteady free convection flow past vertical porous plates with heat
- Magnetohydrodynamic unsteady free convection flow past an infinite vertical porous plates with heat
- Darcy Forcheimer Magnetohydrodynamic unsteady free convection flow past vertical porous plates with heat
CHAPTER TWOย
LITERATUREย REVIEW
ย Introduction
The flow of viscous incompressible liquid driven by a constant pressure gradient in theย channelย betweenย twoย parallelย platesย orย simplyย channelย flow,ย isย oneย ofย theย mostย extensivelyย studied models of hydrodynamic instabilities and transition to turbulence in shear flows.ย Theย problemย ofย MHDย flowย throughย aย porousย mediumย hasย becomeย veryย importantย inย recentย years because of its possible applications in many branches of Science and Technology,ย particularly in the field of Agricultural Engineering to study the underground water re-ย sources.ย Inย Chemicalย Engineeringย forย filtrationย andย purificationย process,ย andย inย Petroleumย Technologyย toย studyย theย movementย ofย naturalย gas,ย oilย andย waterย throughย theย oilย reservoirsย andย soย on.
Someย Relatedย Literatureย Review
Elbashbeshy et al. (2010) investigated the effects of thermal radiation and magnetic field on unsteady boundary layer mixed convection flow and heat transfer problem from a vertical porous stretching surface. Messiha (1966) discussed the problem of laminar boundary layers in oscillatory flow along an infinite flat plate with variable suction. Ahmed (2007) studied influence of chemical reaction on transient MHD free Convective flow over a vertical plate. Asghar et al. (2004) studied the flow of a non-Newtonian fluid induced due to the oscillations of a porous plate. Chemical reaction, heat and mass transfer on MHD flow over a vertical stretching surface with heat source and thermal stratification have been presented by Kandasamy et al. (2005). The opposing buoyancy effects on simultaneous heat and mass transfer by natural convection in a fluid saturated porous medium was investigated by Angirasa et al. (1997). Singh et al. (1994) analyzed the unsteady MHD free convective flow through a porous medium between two infinite vertical parallel oscillatin porous plates with different amplitude. Ahmed (2010) studied the Magneto hydrodynamicย and chemical reaction effects on unsteady flow, heat and mass transfer characteristics inย a viscous, incompressible and electrically conduction fluid over a semi-infinite verticalย porousย plateย inย aย slip-flowย regime.
Further,ย Raptisย andย Perdikisย (1985)ย studiedย theย unsteadyย two-dimensionalย freeย convectiveย flows through highly porous medium. Recently, Ahmed and Ahmed (2004) analyzed theย effect of two dimensional MHD oscillatory flow along a uniformly moving infinite verticalย porousย plateย boundedย byย porousย medium.ย Laterย on,ย theย effectsย ofย unsteadyย freeย convectiveย MHD flow through a porous medium bounded by an infinite vertical porous plate wereย investigatedย byย Ahmedย (2007).ย Dekaย etย al.ย (1997)ย showedย theย effectย ofย freeย convectionย onย MHD flow past an infinite vertical oscillating plate with constant heat flux. Jha et al. (2013)ย studiedย theย problemย ofย unsteadyย naturalย convectionย couetteย flowย ofย aย reactiveย viscousย fluidย in a vertical channel. Taneja and Jain (2002) solved the hydrodynamic flow in slip flowย regimeย withย time-dependentย suction.ย Singhย andย Singhย (2003)ย analyzedย theย heatย andย massย transfer in MHD flow of a viscous fluid past a vertical plate under oscillatory suctionย velocity.
Pawan et al. (2007) investigated unsteady free convection oscillatory flow through a porousย medium with periodic wall temperature. Effect of suction and injection on MHD threeย dimensionalย couetteย flowย andย heatย transferย throughย aย porousย mediumย hasย beenย studiedย by Das (2009). Pathak et al. (2006) concentrated on effect of radiation on unsteady freeย convectiveย flowย boundedย byย anย oscillatingย plateย withย variableย wallย temperature.ย Hayatย etย al.ย (2004)ย reportedย theย flowย ofย aย visco-elasticย fluidย onย anย oscillatingย plate.ย Krishnaย etย al.ย (2004)ย analyzedย theย hydromagneticย oscillatoryย flowย ofย aย secondย orderย Rivlinย Ericksonย fluidย inย aย channel.ย Sahimย (2008)ย investigatedย transientย threeย dimensionalย flowsย throughย aย porous
CHAPTER THREEย
METHODOLOGY
Advertisements
ย Introduction
Thereย areย manyย problemsย inย physicalย science,ย appliedย mathematicsย andย engineeringย whereย theย governingย equationsย areย aย setย ofย coupledย unsteadyย equationsย involvingย manyย variables.ย Almost invariably the equations are also nonlinear and difficult to make progress withย analytically. However if there are large or small parameters present, the use of Perturbationย methods, also known as linearisation or asymptotic techniques can allow for significantย progressย toย beย madeย inย tryingย toย understandย theย solutionย properties.
Itย mayย beย possibleย toย obtainย solutionsย inย analyticalย form,ย byย reducingย theย equationsย toย a much simpler set which can be tackled more easily. In this dissertation we will applyย regular and multiparameter perturbation techniques to obtain semi analytical solution ofย theย mathematicalย modelsย withย illustrationย takenย largelyย fromย fluidย flowย problems.
The method hinges on the identification of a small parameter ฮต, 0 < ฮตย 1.ย Typicallyย there is an easily obtained solution when ฮตย 1. One then uses this solution as a seed toย construct a linear theory about it. The resulting sets of linear equations are then solvedย givingย aย solutionย whichย isย validย inย aย regimeย nearย ฮตย 1ย Aliย (1993).
CHAPTER FOUR
RESULTSย ANDย DISCUSSION
Introduction
ย
This chapter presents results and discussion to illustrate the flow characteristics for theย velocity,ย temperature,ย skinย frictionย coefficientย andย Nusseltย numberย andย thenย showย howย theย flowย fieldsย areย influencedย byย theย materialย parametersย ofย theย flowย problemsย withย theย aidย ofย graphsย andย tables.
CHAPTERย FIVE
SUMMARY,ย CONCLUSIONย ANDย RECOMMENDATIONS
ย Introduction
This chapter presents summary, conclusion, recommendations, contributions and limita-ย tionsย ofย theย study.
ย Summary
In this dissertation, the problems of Magnetohydrodynamic unsteady free convectionย flow past vertical porous plates with suction and oscillating boundaries are studied. Theย dissertationย hasย beenย presentedย inย fiveย (5)ย chapters.ย Chapterย oneย servesย asย theย backgroundย to the research report. It consists of statement of the problem, aim and objectives of theย study as well as definitions of the basic concept. Chapter two examines the related literatureย review, while Chapter three discusses the methodology adapted for the research report,ย whichย includesย problemย formationย andย solutionsย toย theย mathematicalย modelsย underย study,ย and the perturbation techniques applied in getting the semi analytical solutions for theย velocity, temperature, the skin friction and Nusselt number. Chapter four presents the resultย andย discussionย andย showsย howย theย flowย fieldsย areย influencedย byย theย materialย parametersย ofย the flow problems with the aid of graphs and tables. Finally Chapter five draws togetherย theย researchย project,ย thatย meansย itย showcasesย summary,ย conclusionย andย recommendations,ย asย wellย asย contributionsย toย knowledge.ย Theย chapterย endsย withย limitationsย ofย theย study.
Conclusion
Theย intentย ofย theย workย reportedย inย thisย dissertationย wasย toย demonstrateย andย conveyย theย ideaย of using perturbation technique in the area of hydrodynamics. Both graphical and tabularย results are presented to show the effects of flow characteristics for velocity, temperature,ย skinย frictionย andย Nusseltย number.ย Theย followingย conclusionsย areย drawn:
ย Magnetohydrodynamicย Unsteadyย Freeย Convectionย Flowย Pastย Verticalย Porousย Platesย withย Heatย Deposition
- Thevelocityย profileย withinย theย boundaryย layerย increasesย withย increasingย valuesย ofย Gr,ย kย andย Q,ย whileย itย deceasesย withย increasingย valuesย ofย Pr,ย M,ย Aย andย ฮปย .
- Thetemperatureย profileย withinย theย boundaryย layerย increasesย withย increasingย valueย ofย Q,ย whileย itย deceasesย withย increasingย valuesย ofย Prย andย ฮปย .
- Thelocalย Skinย frictionย coefficientย increasesย withย increasingย valuesย ofย Gr,ย Pr,ย A,ย Q,ย kย andย ฮปย ,ย whileย itย decreasesย withย increasing
- Anincreaseย inย Pr,ย Qย andย ฮปย increasesย theย Nusselt
ย Magnetohydrodynamicย Unsteadyย Freeย Convectionย Flowย Pastย anย Infiniteย Verti-ย calย Porousย Platesย withย Heatย Deposition
- Itisย observedย thatย theย flowย fluidย hasย constantย suctionย or
- Thevelocityย profileย withinย theย boundaryย layerย increasesย withย increasingย valuesย ofย S,ย Gr,ย Ecย andย ฮต.
- Thetemperatureย profileย withinย theย boundaryย layerย increasesย withย increasingย valuesย ofย S,ย Gr,ย Ecย andย ฮต.
- Thelocalย Skinย frictionย coefficientย increasesย withย increasingย valuesย ofย S,ย Gr,ย Ecย and
- Anincreaseย inย S,ย Gr,ย Ecย andย ฮตย increasesย theย Nusselt
ย Darcyย Forchcheimerย Magnetohydrodynamicย Unsteadyย Freeย Convectionย Flowย Pastย Verticalย Porousย Platesย withย Heatย Deposition
- Thevelocityย profileย withinย theย boundaryย layerย increasesย withย increasingย valueย ofย Gr,ย Ec,ย b,ย ฮปย andย Q,ย whileย itย deceasesย withย increasingย valuesย ofย Aย and
- Thetemperature profile within the boundary layer increases with increasing value of k, while it deceases with increasing values of Gr, Ec and b.
- Thelocalย Skinย frictionย coefficientย increasesย withย increasingย valuesย ofย Ec,ย bย andย Q,ย whileย itย decreasesย withย increasingย valuesย ofย Gr,ย A,ย k,ย andย ฮปย .
- Anincreaseย inย Q,ย A,ย Ecย andย Grย increasesย theย Nusseltย number,ย whileย itย decreasesย withย increasingย .
ย Recommendations
Basedย onย theย researchย reportedย inย thisย dissertation,ย severalย methodsย areย recommendedย forย comparison with perturbation techniques for further research and these methods are asย follows:
FiniteDifference
- FiniteElement
- FiniteVolume
- HomotopyAnalysis
- LaplaceTransform
Contributions
This research, contributes to the body of knowledge based on the following facts, whichย areย notย takingย careย inย theย workย ofย Balasubramanyamย etย al.ย (2010):
- Unsteadystateย ofย theย modifiedย adaptedย workย was
- Thepresenceย ofย coupledย betweenย momentumย andย energyย equationsย ofย problemย (3.3.2)ย andย (3.3.3)
- Inclusionofย Darcyย Forcheimerย termย inย theย problem
- Solutionofย problemย (3.3.1)ย e.ย Magnetohydrodynamicย unsteadyย freeย convectionย flowย pastย verticalย porousย platesย withย heatย depositionย wasย obtained.
- Solutionofย problemย (3.3.2)ย e.ย Magnetohydrodynamicย unsteadyย freeย convectionย flowย pastย anย infiniteย verticalย porousย platesย withย heatย depositionย wasย obtained.
- Solutionofย problemย (3.3.3)ย e.ย Darcyย Forcheimerย Magnetohydrodynamicย unsteadyย freeย convectionย flowย pastย verticalย porousย platesย withย heatย depositionย wasย obtained.
Limitationsย ofย theย Study
Thisย reportย wasย limitedย toย verticalย porousย platesย withย suctionย andย oscillatingย boundaries.ย Thisย isย dueย toย manyย reasons,ย amongย whichย includes:
- Thatonlyย perturbationย techniquesย whichย requiredย theย useย ofย smallย parameterย inย analysis
- Theunsteadyย stateย solutionsย wereย obtainedย forย theย modelย governing
- Thetimeย constraintย andย natureย ofย the
REFERENCES
- Abdel-Naby, M. A. (2003). Finite difference solution of radiation effects on mhd unsteadyย free convection flow over vertical plate with variable surface temperature. Journal ofย Appliedย Mathematics,ย 2:65ย โย 86.
- Ahmed,ย N.,ย Sarma,ย D.,ย andย Deka,ย H.ย (2012).ย Mixedย convectionย andย massย transferย fromย anย infiniteย verticalย porousย plateย withย chemicalย reactionย inย presenceย ofย heatย source.ย Appliedย Mathematicalย Sciences,ย 6(21):1011ย โย 1020.
- Ahmed, S. (2007). Effects of unsteady free convective mhd flow through a porous mediumย boundedย byย anย infiniteย verticalย porousย plate.ย Bull.ย Cal.ย Math.ย Soc.,ย 99(5):511ย โย 522.
- Ahmed, S. (2010). Influence of chemical reaction on transient mhd free convective flowย over a vertical plate in slip flow regime. Emirates Journal for Engineering Research,ย 15(1):25ย โย 34.
- Ahmed, S. and Ahmed, N. (2004). Two dimensional mhd oscillatory flow along a uniformlyย movingย infiniteย verticalย porousย plateย boundedย byย porousย medium.ย Internationalย Journalย ofย Pureย andย Appliedย Maths,ย 35:1309ย โย 1319.
- Ahmed, S. and Batin, A. (2013). Convective laminar radiating flow over an accelerated ver-ย ticalย plateย embeddedย inย aย porousย mediumย withย anย externalย magneticย field.ย Internationalย Journalย ofย Engineeringย andย Technology,ย 3(1):66ย โย 72.
- Ali, H. N. (1993). Introduction to Perturbation Techniques. John Wiley and Sons, INC.,ย wileyย classicsย libraryย edition.
- Anand,ย R.ย J.ย andย Shivaiah,ย S.ย (2011).ย Chemicalย reactionย effectsย onย anย unsteadyย mhdย flowย past a semi infinite vertical porous plate with viscous dissipation. Journal of Appliedย Mathematicsย andย Mechanics,ย 32(8):1065ย โย 1078.