在具有PST（永久性应力）和PHF（永久性形变）边界条件的拉伸/收缩表面驱动下，不可逆机制和焦耳热对耗散性微极性流体流动的多解析解

《Dynamics of Atmospheres and Oceans》：Multiple analytic solutions for irreversible mechanism and Joule heating impact on dissipative Micropolar fluid flow driven by stretching/shrinking surface with PST and PHF boundary conditions

研究微极流体在扩张表面上的焦耳热效应与磁场影响，采用相似变换将偏微分方程转化为常微分方程，通过超几何级数解析求解。结果表明：增强多孔介质和磁场可降低动量15%，内部热源使温度升高20%，辐射升温达29%，粘度比增大则流速降低23%。该成果为血液运动建模、磁疗和靶向药物递送提供理论支持。

　　本研究聚焦于微极流体在扩展表面流动中的行为，探讨了焦耳加热和磁场对流动的影响。这一领域在生物医学和工程应用中具有重要意义，能够提升系统的效率和性能。研究中还分析了熵生成、磁场、多孔介质以及指定边界条件（如表面温度PST和热流PHF）对流动的综合影响。据作者所知，此前尚未有研究同时考虑这些因素，因此本研究具有较高的原创性。通过相似性变换，将控制方程从偏微分方程转化为常微分方程，并采用超几何级数解法进行解析分析。研究结果显示，增强多孔介质和磁场会降低流体的动量，降幅约为15%。而增强内部热源会使温度上升20%，热辐射则会增加温度约29%。此外，提高粘度比会降低流体速度约23%。这些结果有助于理解血液流动建模、先进医疗疗法以及磁性药物输送等应用中的流体行为。

微极流体是一类非牛顿流体，其流动特性不仅包括宏观运动，还考虑到流体中微小结构的旋转和运动。这些微结构可能以线性或角动量形式存在，因此微极流体的建模能够更精确地反映实际流动中的复杂现象。微极流体在生物医学工程中具有广泛应用，尤其是在血液流动模拟方面。研究者Ishak [1]探讨了热辐射和热传导梯度对微极流体流动的影响。Eringen [2]则研究了旋转惯性与努塞尔数对耦合应力流体的影响。Hayat [3]分析了驻点和洛伦兹力对微极流体流动的影响。Turkyilmazoglu [4]则研究了恒定和牛顿热流对微极流体在扩展板上的流动影响。Ali [5]探讨了铁磁微极流体流动中的努塞尔数和皮肤摩擦力影响。

熵生成在流体流动中的作用主要体现在系统中由于粘性摩擦、能量传输和流体混合等不可逆过程导致的温度损失。熵生成的研究对于优化热力系统和提升效率具有重要意义，能够为工程设备的设计和优化提供理论支持。例如，Pal [6]研究了热迁移对Jeffrey粘性流体流动的影响。Sachhin [7]探讨了多孔介质和洛伦兹力对Casson流体流动的影响。Sharma [8]分析了化学反应和热辐射对混合对流流体流动的影响，并结合了熵分析。Sachhin [9]研究了Stefan吹拂对粘性流体在扩展表面上流动的影响。Nandi [10]则探讨了热损失和不可逆机制对Carreau流体流动的影响。

磁场对流体流动的影响在多个工程和生物医学领域中具有关键作用。它不仅有助于提升能量效率，还能降低熵生成，提高系统整体效率。磁场的应用包括电磁泵、核反应堆冷却以及在流体流动中引入磁场，为技术发展和科学研究提供了强有力的工具。例如，Ghadikolaei [11]研究了洛伦兹力和多孔介质对微极纳米流体流动的影响。Hayat [12]探讨了磁场和太阳辐射对混合对流流体的影响。Sachhin [13]分析了磁场对多孔介质中辐射流体流动的影响。Ilango [14]研究了磁场对Casson流体流动的影响。Mishra [15]则探讨了磁场对纳米流体流动的影响。

热辐射在流体流动中的作用主要体现在通过电磁波传递热量，不需要介质即可实现能量的传输。在许多实际应用中，尤其是在高温条件下，热辐射的影响往往与传导和对流相当，甚至更为显著。例如，Sachhin [16]研究了生物对流对磁场流体流动的影响。Samuel [17]探讨了热吸收和热辐射对牛顿流体在移动表面上流动的影响。Das [18]分析了焦耳加热和热辐射对耦合应力流体流动的影响。Bataller [19]研究了热吸收和热辐射对二级流体流动的影响。Mahabaleshwar [20]则探讨了质量透射对扩展多孔表面上流体流动的影响。[21]、[22]、[23]、[24]、[25]、[26]研究了洛伦兹力对不同表面上流体流动的影响。Khan [27]、[28]、[29]探讨了纳米颗粒对非牛顿流体流动的影响。Ahsan [30]研究了Stefan参数对多孔表面上Williamson流体流动的影响。Khattak [31]探讨了磁场对Casson流体流动的影响，并结合了依赖于热传导的条件。Yasir [32]分析了热交换对流体流动的影响。

热传递在多孔介质流体流动中的影响在多个工程和生物医学领域中具有广泛应用。例如，在核反应堆冷却、冶金工艺和电磁泵中，热传递的分析对于优化系统性能至关重要。同时，磁场的引入为流体流动的分析提供了更全面的视角，有助于提升系统效率和优化能量利用。例如，Ganie [33]、[34]研究了纳米颗粒对对流流体流动的影响。Wu [35]和Long [36]探讨了热传递对流体流动的影响。Faisal [37]、[38]研究了热辐射对纳米流体流动的影响。Zhu [39]探讨了微生物燃料电池在发电和清洁处理中的应用。Badruddin [40]研究了太阳辐射对混合纳米流体在双向移动板上的流动影响。Aladsani [41]探讨了热传递对三元纳米流体流动的影响。Hayat [42]、[43]研究了熵生成对辐射纳米流体流动的影响。Khan [44]和Khattak [45]探讨了热和溶质交换对Reiner-Rivlin流体流动的影响。Razzaq [46]、[47]研究了磁场对流体流动的影响，并采用数值方法进行分析。Rafiq [48]、[49]探讨了非牛顿流体流动中的热交换影响，并采用数值技术进行分析。Bahman [50]、[51]研究了熵生成对辐射非牛顿流体流动的影响。Rangra [52]和Khaliq [53]探讨了洛伦兹力对旋转板上纳米流体流动的影响。

本研究的创新点在于，提供了一种全面理解微极流体流动中熵生成的视角，尤其是在模拟实际工程和生物医学系统时。此前的研究多集中于单一因素，如磁场、粘性耗散、焦耳加热或多孔介质，而未同时考虑这些因素以及PST和 PHF边界条件。因此，本研究在分析方法和内容上具有独特性。通过将复杂的物理问题转化为更易处理的形式，研究不仅揭示了流体流动中的多种影响因素，还提供了优化流体行为的方法，以提高系统效率和应用效果。

研究中提出的问题包括：磁场强度和多孔介质如何影响微极流体的流速分布？微极项在PST和PHF边界条件下如何影响流速、努塞尔数和皮肤摩擦力？热辐射和热吸收如何影响微极流体的能量分布和热力学特性？质量透射和拉伸参数在改变流体流动的皮肤摩擦力方面扮演什么角色？最后，如何在磁场、热耗散、多孔介质和能量边界条件共同作用下优化微极流体流动中的熵生成，以提高生物医学和工程应用的效率？

研究的初步结果表明，磁场和多孔介质的增强会对流体的动量产生负面影响，降低其流动能力。这一现象在工程应用中具有重要意义，因为增强磁场和多孔介质可能会增加系统的阻力，从而影响流体的传输效率。另一方面，内部热源的增强会导致温度上升，而热辐射则进一步提升温度，表明在高温环境下，热辐射对流体能量的贡献更为显著。粘度比的增加则会导致流体速度下降，这可能与流体的粘性特性有关，因此在流体流动建模中需要特别关注粘度的变化对整体流动的影响。

研究还发现，在PST和PHF边界条件下，微极项对流速、努塞尔数和皮肤摩擦力的影响具有显著差异。PST边界条件意味着表面温度被设定为恒定值，而PHF边界条件则设定表面热流为恒定值。在PST边界条件下，流体的温度分布和热交换特性会受到表面温度的影响，而PHF边界条件下则更关注热流的分布。因此，在不同边界条件下，微极项对流体行为的影响需要分别分析，以获得更精确的结果。

在热辐射和热吸收的共同作用下，微极流体的能量分布和热力学特性会受到显著影响。热辐射主要通过电磁波传递热量，而热吸收则涉及流体在流动过程中吸收的热量。这两种机制的结合可能导致流体的温度分布更加复杂，从而影响系统的能量传输效率。研究还发现，热辐射和热吸收对流体流动的影响可能相互增强，导致流体的热损失增加，从而需要更高效的热管理策略。

质量透射和拉伸参数在改变流体流动的皮肤摩擦力方面也起到重要作用。质量透射指的是流体在流动过程中通过表面进行质量交换，而拉伸参数则影响流体的拉伸特性。这两种参数的增强可能会增加流体与表面之间的相互作用，从而改变流体的流动模式和皮肤摩擦力。因此，在流体流动建模中，需要综合考虑质量透射和拉伸参数对流体行为的影响，以优化系统的性能。

研究还探讨了如何在磁场和多孔介质的共同作用下优化微极流体流动中的熵生成。熵生成是流体流动中不可逆过程的体现，包括粘性摩擦、热传递和流体混合等。在实际应用中，熵生成的优化对于提升系统的效率和减少能量损失至关重要。通过调整磁场和多孔介质的参数，可以有效控制熵生成的水平，从而改善流体流动的效率。这一发现为生物医学和工程应用中的流体优化提供了新的思路。

此外，研究还发现，熵生成的优化需要结合多种物理因素，如热传递、热耗散和能量边界条件。这些因素的相互作用可能导致熵生成的变化更加复杂，因此需要采用系统化的分析方法。通过分析这些因素的共同作用，研究能够提供更全面的优化策略，以提升系统的效率和性能。这一发现对于生物医学和工程领域的应用具有重要意义，尤其是在涉及复杂流体流动的系统中。

研究还指出，熵生成的优化不仅能够提升系统的效率，还能改善流体流动的稳定性。通过减少熵生成，可以降低流体流动中的不可逆损失，从而提高系统的能量利用效率。这一现象在生物医学和工程应用中尤为显著，因为系统的效率直接影响其性能和应用效果。因此，熵生成的优化对于提升流体流动的稳定性具有重要作用。

综上所述，本研究通过综合分析磁场、多孔介质、热传递和热辐射等因素对微极流体流动的影响，提供了更全面的理解。研究结果表明，这些因素的共同作用对流体流动的特性具有显著影响，因此在实际应用中需要综合考虑这些因素。通过优化这些因素，可以有效提升系统的效率和性能，为生物医学和工程领域的发展提供理论支持。研究还强调了熵生成在流体流动中的重要性，以及如何通过调整参数来优化熵生成，以提高系统的效率和应用效果。这些发现不仅拓展了微极流体流动的研究领域，还为相关工程和生物医学应用提供了新的研究方向。