多物理场耦合下熔融表面与多滑移边界对多孔介质中Oldroyd-B纳米流体磁流体动力学流动的调控机制及热质传递优化研究

本研究针对微流体和生物医学应用中复杂流体流动与传热传质问题，创新性地探究了熔融表面条件与多滑移边界对多孔介质中Oldroyd-B纳米流体磁流体动力学(MHD)流动的影响。通过相似变换和Runge-Kutta数值解法，揭示了熔融参数和滑移条件对热/溶质边界层的调控规律：熔融效应减弱壁面热梯度(Nusselt数降低)，而速度滑移抑制剪切应力并增强近壁流动性。研究为聚合物药物递送系统和工业纳米流体工艺的优化提供了关键理论支撑。

　　

在微流体器件、生物医学工程和先进材料加工领域，非牛顿流体在复杂边界条件下的流动与传热特性一直是研究难点。传统模型往往忽略熔融相变界面与微观滑移效应的耦合作用，而实际应用中（如靶向药物输送的聚合物载体、微机电系统冷却），这些因素恰恰对流动控制和能量传递效率具有决定性影响。尤其当涉及电磁场调控的纳米流体时，其黏弹性、多孔介质阻力与多物理场耦合机制更使得问题复杂化。

针对这一挑战，国内研究人员在《Results in Engineering》发表了创新性研究，通过建立熔融表面与多滑移边界条件下Oldroyd-B纳米流体的磁流体动力学(MHD)模型，系统探究了多孔介质中辐射-耗散-化学反应耦合的传输机制。研究采用相似变换将偏微分控制方程转化为常微分方程组，结合打靶法和四阶Runge-Kutta数值解法，首次实现了熔融参数(Me)、速度/温度/浓度三场滑移(slip₁/slip₂/slip₃)与Oldroyd-B流体参数(β/β₁)的协同分析。

研究方法
通过引入无量纲相似变量，将质量、动量和能量控制方程转化为耦合非线性常微分方程组。采用打靶法结合Runge-Kutta数值积分，在η_∞=10的截断域内求解，网格独立性验证显示步长0.05时结果误差小于0.1%。关键参数包括磁参数(M)、普朗特数(Pr)、辐射参数(R)、埃克特数(Ec)、布朗运动(Nb)与热泳参数(Nt)，通过Nusselt数验证与文献数据偏差小于0.01%。

速度分布调控机制
磁参数(M)和孔隙参数(Kp)通过洛伦兹力和多孔阻力使速度剖面衰减40%，而弛豫时间β增加会强化流体弹性阻力，使最大流速降低25%。相反，延迟时间β₁提升能减少弹性应力，使边界层增厚15%。熔融参数(Me)通过相变界面能量吸收产生"流体缓冲层"，显著削弱壁面动量传递，这与速度滑移(slip₁)产生协同减速效应。

热质传递特性
辐射参数(R)使温度边界层增厚300%，而普朗特数(Pr=10时)通过抑制热扩散使Nusselt数提升18%。值得注意的是，布朗运动(Nb)和热泳效应(Nt)分别通过纳米粒子微混合和热迁移使温度峰值提升12K。熔融表面(Me=1.5)能降低壁面温度梯度达22%，但浓度滑移(slip₃)会削弱纳米粒子沉积效率，使Sherwood数下降35%。

工程优化启示
研究首次量化了Oldroyd-B流体在复合边界条件下的传输阈值：当β>1.2时弹性效应主导流动分离，而δ>0.8的混合对流参数可抵消磁阻尼效应。熔融参数(Me)与速度滑移(slip₁)的交互作用揭示，在药物控释系统中，调节Me=0.5-1.0范围可实现最佳热-动量耦合传输。

该研究建立的数学模型为设计下一代智能流体系统提供了关键参数库，特别是在需要精确控制界面行为的生物医学工程领域。通过揭示熔融-滑移-电磁多场耦合机制，为开发新型相变纳米流体热管理材料开辟了理论路径。未来研究可进一步拓展到非稳态流动和三维生物对流系统的优化设计中。