多孔介质中辐射与磁流体动力学对垂直板上混合纳米流体流动的传热影响分析

本研究针对多孔介质中垂直板上血液基双混合纳米流体的传热问题，通过分析Ohmic heating、粘性耗散和辐射在磁流体动力学（MHD）条件下的综合影响，采用摄动法求解控制方程。结果表明，纳米粒子体积分数、Eckert数和孔隙率参数可提升速度分布，而辐射、倾斜磁场和抽吸参数呈现相反规律；孔隙率、Eckert数和纳米粒子体积分数均提高温度分布。该研究为电子冷却、热交换器等工程领域及药物输送、癌症治疗等医学应用提供理论依据。

　　

在当今科技与工业领域，热传递分析日益复杂，尤其在需要高效散热的场景如电子设备冷却、能源系统中。传统流体如水的传热性能有限，难以满足日益增长的热管理需求。纳米流体的出现通过添加纳米颗粒提升基液导热性，为热传递增强提供了新途径。而混合纳米流体（hybrid nanofluid）进一步利用不同纳米颗粒的协同效应，有望实现更优的热性能。然而，在多孔介质中，流体流动受到复杂因素影响，如磁流体动力学（Magnetohydrodynamics, MHD）效应、欧姆加热（Joule heating）、粘性耗散（viscous dissipation）和辐射（radiation），这些因素共同作用时，热传递行为尚不明确，制约了其在工程和生物医学中的应用，例如电子冷却、热交换器、陶瓷加工，以及生物医学领域的药物输送（drug delivery）、高温疗法（hyperthermia）、冠状病毒疾病（Corona Virus Disease）治疗和癌症治疗（cancer therapy）。因此，深入研究多孔介质中混合纳米流体的流动与传热特性具有紧迫性和重要意义。

本研究由SUNKANABOINA PRADEEP和P. VIJAY KUMAR开展，聚焦于时间无关的血液基双混合纳米流体（blood-based di-hybrid nanofluid）在垂直板上的流动，该板嵌入多孔介质中，受到Ohmic heating、粘性耗散、MHD和辐射的综合影响。混合纳米流体以血液为基液，纳米颗粒为氧化铁（Fe₃O₄）和锌（Zn）。研究通过数学建模将物理问题转化为控制方程，使用相似变换（similarity transformations）将动量和热边界层方程转为偏微分方程，并采用摄动法（Perturbation method）进行解析求解。关键参数包括纳米颗粒体积分数、Eckert数（表征粘性耗散与热传导之比）、孔隙率参数、辐射参数、倾斜磁场参数和抽吸参数，通过图形和表格分析速度与温度场、皮肤摩擦系数（skin friction coefficient）和板温。

主要技术方法包括：首先，建立多孔介质中垂直板上混合纳米流体流动的物理模型，考虑MHD、辐射、Ohmic heating和粘性耗散效应；其次，使用相似变换将 governing equations 转化为偏微分方程；最后，应用摄动法这一数学工具求解方程，无需具体实验操作，但基于理论分析。

研究结果通过多个方面展示：

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  速度场分析：图形显示，纳米颗粒体积分数、Eckert数和孔隙率参数的增加会增强速度分布，而辐射、倾斜磁场参数和抽吸参数则导致速度降低，表明这些参数对流动有抑制效应。
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  温度场分析：孔隙率、Eckert数和纳米颗粒体积分数的上升均提高温度分布，突出了热传递的增强机制。
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  皮肤摩擦系数和板温：表格中的数值结果进一步量化了这些影响，为工程设计提供参考。

研究结论表明，混合纳米流体在多孔介质中的流动受多种参数调控，速度分布可通过优化纳米颗粒添加和孔隙条件来提升，但需注意辐射和磁场的不利影响；温度分布则随热耗散和纳米颗粒浓度增加而升高。讨论部分强调，该研究为电子冷却、热交换器等工业应用提供了理论指导，同时在生物医学领域，如药物靶向输送和癌症热疗中，纳米流体的热性能优化可提高治疗效果。重要意义在于，通过解析方法揭示了复杂环境下的热传递规律，填补了多物理场耦合研究的空白，为后续实验和应用开发奠定了基础。论文发表在《Results in Engineering》，突出了其工程应用价值。