辐射效应下磁化黏弹性纳米流体中诱导磁力与生物对流的耦合机制研究及其工程应用

本研究针对多孔拉伸表面上的Walters B黏弹性纳米流体，结合诱导磁力效应和生物对流现象，采用Cattaneo-Christov模型修正传热传质方程，通过数值模拟揭示了磁参数(H)、黏弹性参数(β)及热松弛时间(εT )对流动特性的调控机制，为太阳能收集器、MHD发电等可再生能源技术提供了理论优化依据。

　　

在能源与生物医学工程领域，磁化纳米流体的传热传质调控始终是研究热点。传统研究多聚焦于牛顿流体，而对兼具黏弹性与磁响应特性的Walters B流体在辐射场中的行为认知仍存空白。尤其当涉及生物对流（微生物定向运动引发的密度不稳定现象）与诱导磁力耦合时，其复杂相互作用机制亟待揭示。现有模型多采用经典傅里叶定律，无法描述微尺度下的非平衡热传导，而工业应用中如太阳能集热器、磁共振成像(MRI)靶向治疗等场景恰恰需要精确控制热弛豫效应。

针对这些挑战，来自未知机构的研究团队在《Journal of Radiation Research and Applied Sciences》发表了创新性研究。他们建立了包含非线性辐射、外部热源的磁化Walters B纳米流体模型，首次将Cattaneo-Christov(CC)热通量模型引入生物对流系统，通过数值求解揭示了磁-黏弹-生物多场耦合规律。研究采用无量纲化处理控制方程，运用射击法结合Runge-Kutta算法求解高阶非线性微分方程组，并通过网格独立性验证确保解的唯一性。

1. 流动问题建模
通过Cauchy应力张量描述Walters B流体的黏弹性本构关系，引入磁感应分量H₁
和H₂
构建诱导磁场方程。特别考虑多孔介质Darcy阻力与洛伦兹力的竞争效应，发现磁参数δ=0.2时可使速度剖面提升23%，而黏弹性参数β>0.5会显著抑制边界层发展。

2. 传热传质特性
非线性辐射项(含温度比参数θ_w
=0.5)使热边界层增厚40%，而热松弛时间ε_T
=0.2导致努塞尔数Nu降低15%。值得注意的是，Prandtl数Pr从0.2增至0.6时，热扩散速率下降但温度梯度增大，形成"热垒"效应。

3. 生物对流调控
Peclet数Pe=0.5时微生物浓度分布最均匀，而Hartmann数H>0.6会引发微生物聚集现象。磁参数δ通过改变洛伦兹力分布，可精确调控微生物的趋化性运动路径。

4. 工程应用验证
数值计算显示：当α=0.6(磁普朗特数倒数)时，诱导磁场强度提升37%；而Nb=0.4/Nt=0.3的纳米粒子组合使传质效率达到峰值。皮肤摩擦系数Cf随β增大而升高，验证了黏弹性对流动阻力的强化作用。

这项研究的意义在于：首次建立了包含CC模型的磁化黏弹性生物对流理论框架，揭示了磁参数δ与黏弹性参数β的拮抗作用机制。其成果可直接指导磁控纳米药物载体设计，通过调节H值实现肿瘤部位的精准蓄积；在太阳能领域，提出的非线性辐射模型为聚光式集热器优化提供了新思路。未来研究可拓展至非稳态流动条件，并结合机器学习算法实现多参数协同优化。