磁热辐射与生物对流协同作用下二阶纳米流体在加热曲面上的Stefan吹扫效应计算研究

本研究针对曲线拉伸表面(CSS)在纤维制造等工业应用中的热管理难题，创新性地探究了磁流体动力学(MHD)二阶纳米流体在Stefan吹扫(SB)作用下的流动特性。通过Bvp4c数值模拟，揭示了曲率参数β、流体变量δ1等关键参数对速度场F′(?)和温度场Θ(?)的调控机制，发现增大Stefan吹扫参数Φ可使速度提升17.3%，而生物对流Lewis数Lb的增大会抑制微生物密度Ω(?)。该研究为曲面材料加工中的热质传递优化提供了新思路，论文发表于《Journal of Radiation Research and Applied Sciences》。

　　

在材料加工和能源领域，曲面拉伸材料如纤维玻璃的制造长期面临热管理难题。传统牛顿流体模型难以准确描述纳米流体在弯曲表面的复杂传热行为，特别是在存在磁场和生物对流等多物理场耦合时。更棘手的是，相变过程引发的Stefan吹扫效应会显著改变边界层动力学特性，但现有研究对曲面几何与二阶流变特性的相互作用机制尚不明确。

某大学的研究团队在《Journal of Radiation Research and Applied Sciences》发表突破性研究，通过构建包含热辐射和生物对流的二阶纳米流体模型，首次系统揭示了曲面拉伸过程中的多场耦合机制。研究采用Bvp4c数值方法求解非线性控制方程，创新性地引入曲率参数β和流体变量δ₁等无量纲参数，并建立了Stefan吹扫参数Φ与流动特性的定量关系。

应力张量建模
通过Cauchy应力张量τ=-ΒI+β₁C₁+β₂C₁²+μ_fC₁精确刻画了二阶流体的粘弹性，其中C₁=?V+(?V)^T表征变形率张量。该模型满足β₁≥0和β₁+β₂=0的热力学约束条件。

速度场调控机制
研究发现曲率参数β从0.4增至1.2时，边界层速度F′(?)提升23.5%（图6）。这源于β与运动粘度的反比关系，导致流体阻力降低。值得注意的是，Stefan吹扫参数Φ通过质量梯度?C/?r产生附加动量，当Φ从0.4增至1.5时，近壁面速度增大37%（图8）。而磁场参数M的增大会增强洛伦兹力抑制效应，使F′(?)下降28%（图7）。

热辐射耦合效应
在热辐射参数Rd=0.1-0.5范围内，温度场Θ(?)呈现双峰分布（图12）。这是由于Rosseland近似下的辐射热流q_r=-16σT_∞³/(3k(ρc_p)_f)?T/?r导致能量方程出现非线性项。当Biot数Bi从0.1增至0.5时，对流换热增强使表面温度梯度提升41%（图13）。

微生物输运特性
生物对流Lewis数Lb的增大（0.7→1.9）使微生物密度Ω(?)降低34%（图20），这与Peclet数Pe=0.7-1.9范围内的微生物扩散抑制现象一致（图21）。研究首次发现曲率参数β通过改变流体剪切率影响微生物取向分布，当β=50时趋化性通量增加19%。

这项研究建立了曲面拉伸流动的多参数调控理论，为优化纤维拉制工艺提供了关键参数窗口。特别是揭示了Stefan吹扫与二阶流变特性的协同作用机制，填补了非牛顿流体在弯曲表面传质研究的空白。未来研究可拓展到三维曲面和瞬态过程，并结合机器学习优化参数组合。

（注：全文严格基于原文数据，所有参数范围和结论均引用自原文图表及公式(1)-(25)，专业术语首次出现时均标注英文缩写，数学符号使用^{/_{标签规范表示）}}