非线性拉伸板上Walters-B黏弹性流体磁热辐射混合对流研究：PST与PHF边界条件对比分析

《Results in Engineering》：MHD Mixed Convective Flow of Walters' B Viscoelastic Fluid via a Nonlinearly Stretchable Surface through a Porous Medium

为解决非线性拉伸表面Walters-B黏弹性流体在磁场、辐射和孔隙介质耦合作用下的传热传质问题，研究人员开展了混合对流边界层流动研究。通过Keller box数值方法求解，发现磁参数增强表面摩擦系数，辐射参数提高流体温度，而黏弹性效应显著改善散热效率。该研究对聚合物加工、核电站冷却等工业应用具有重要指导意义，相关成果发表于《Results in Engineering》。

　　

在工业制造和能源工程领域，材料加工过程中的热管理始终是关键挑战。特别是聚合物挤出、金属轧制和玻璃成型等工艺中，材料通常通过拉伸板进行成型处理，此时流体在拉伸表面的流动和传热特性直接影响产品质量和生产效率。传统牛顿流体模型已无法满足现代工业对复杂流体行为预测的需求，尤其是具有黏弹特性的非牛顿流体（如聚合物熔体、生物流体等）在磁场、辐射和多孔介质环境下的耦合传输机制尚不明确。

针对这一难题，研究团队在《Results in Engineering》发表了关于Walters-B黏弹性流体在非线性拉伸表面上的磁热辐射混合对流研究。该工作创新性地对比分析了等温（PST）和等热流（PHF）两种边界条件，系统考察了磁参数(M)、辐射参数(R)、理查森数(Ri)、普朗特数(Pr)等关键参数对流动和传热特性的影响。

研究采用Keller box数值方法求解经过相似变换得到的常微分方程组。该方法通过四个核心步骤实现：将高阶ODE转化为一级方程组，在计算域上均匀离散，应用牛顿线性化处理，最后通过块三对角消除算法求解。计算中取步长Δη=0.03，收敛标准设为10^-5，边界层厚度η_∞设为8，确保了数值结果的精确性和可靠性。

速度场分布特性

研究发现磁参数(M)的增大会产生更强的洛伦兹力阻力，导致速度边界层变薄，表面摩擦系数f″(0)增大。当M从0增加到4时，无量纲速度f′(η)显著降低，这表明磁场可有效控制流体运动速度。黏弹性参数(K)的影响则呈现相反趋势，K值增大释放储存的弹性能量，为流动提供额外推动力，使速度剖面升高。

温度场响应机制

在等温边界条件(PST)下，辐射参数(R)的增加显著提高流体温度，因为辐射热传递具有体积加热特性。热生成/吸收参数(Q)的正值(热生成)使温度分布加宽，而负值(热吸收)导致温度降低。值得注意的是，PST条件下的温度响应比PHF条件更为敏感，这是由于固定温度边界允许热边界层结构更自由地变化。

边界条件对比分析

研究揭示了PST和PHF条件的本质差异：在PST条件下，壁面温度保持恒定，温度梯度θ′(0)随参数变化而调整；而在PHF条件下，热通量固定，壁面温度g(0)自身调整以适应变化。计算表明PHF条件能使拉伸板更快冷却，这对需要快速冷却的工业过程具有重要指导意义。

多物理场耦合效应

孔隙参数(K_p)的增大增强了流体在多孔介质中的渗透性，反而降低了流速，这是由于孔隙增大增加了流动阻力。理查森数(Ri)增大强化了浮力效应，显著增强流体运动，特别是在非线性拉伸(n=2)情况下比线性拉伸(n=1)更为明显。

研究结论表明，Walters-B黏弹性流体比牛顿流体具有更好的热管理能力，磁场的合理应用可实现对流体速度和温度分布的有效控制。辐射热传递虽然提高流体温度，但可通过调整其他参数进行补偿。PHF边界条件在需要快速冷却的场景中更具优势，而PST条件更适合需要精确温度控制的场合。

这项工作的重要意义在于为工业热处理过程提供了详细的理论指导和优化策略，特别是在聚合物加工、核反应堆冷却和材料成型等领域。研究人员建立的综合数值模型能够准确预测复杂环境下黏弹性流体的行为，为工业装置的设计和优化提供了可靠工具。未来研究可进一步扩展到时变拉伸、纳米流体悬浮和非傅里叶热传导等更复杂场景。