热辐射与热源/汇在MgO-CuO/水混合纳米流体能量存储中的应用：基于BVP4C数值模拟的研究

为解决传统纳米流体在高效能量存储系统中热传导性能不足的问题，研究人员采用BVP4C数值方法研究了ZrO2/水和MgO-CuO/水混合纳米流体在Riga板上的热液压行为。通过Cattaneo-Christov热通量模型和热辐射分析，发现优化纳米颗粒体积分数可显著提升传热效率，为太阳能集热器和地热设备等可再生能源系统提供了重要理论支撑。

　　

随着全球对可再生能源需求的增长，高效热能存储系统成为研究热点。传统基液如水和乙二醇由于热导率有限，难以满足高性能热管理系统的需求。虽然单组分纳米流体有所改进，但其多功能热学特性仍显不足。混合纳米流体通过协同组合不同纳米颗粒，不仅能增强热导率，还能改善稳定性和粘度控制，在太阳能集热器、核反应堆冷却等领域展现出巨大潜力。

Taif大学的研究团队在《Journal of Radiation Research and Applied Sciences》发表研究，针对MgO-CuO/水混合纳米流体在电磁驱动Riga板上的热传输特性展开深入探索。研究采用BVP4C射击法数值求解，结合Cattaneo-Christov非傅里叶热通量模型，系统分析了热辐射、热源/汇强度、纳米颗粒体积分数等关键参数的影响。

研究主要采用MATLAB的BVP4C求解器处理非线性偏微分方程，通过相似变换将控制方程转化为常微分方程组。数值模拟中保持10^-6的容差精度，采用流函数和相似变换方法简化边界层方程。热物理参数计算基于Maxwell和Brinkman模型，同时考虑Rosseland辐射近似处理非线性热辐射效应。

在"2. Mathematical formulation"部分，研究建立了二维稳态不可压缩流动模型，通过电磁驱动的Riga板产生动量与热边界层。控制方程引入Darcy-Forchheimer多孔介质阻力和非傅里叶热传导效应，采用相似变换得到无量纲方程组。

"3. Numerical approach"详细介绍了BVP4C算法的实现过程。通过变量替换将高阶ODE转化为一阶系统，其中热传导方程处理特别考虑了非线性辐射项的三阶导数问题。边界条件采用射击法迭代求解，确保在无穷远处边界条件的满足。

"4. Results and discussion"部分展示了关键发现：速度场随抽吸/注入参数(λ_t)增大而减小，但随修正Hartmann数(Ha)增加而增强。温度分布在Biot数(Bi)和热辐射参数(Rd)增大时显著提升，而热弛豫时间参数(Q_t)则呈现抑制作用。特别值得注意的是，MgO-CuO混合纳米流体相比ZrO₂单组分纳米流体展现出更优的热性能，在体积分数φ₁=φ₂=0.04时达到最佳传热效果。

研究结论部分强调，通过优化MgO和CuO纳米颗粒配比，可显著提高混合纳米流体的整体传热速率。热辐射和热源/汇效应的协同作用能有效调控温度分布，而Cattaneo-Christov模型成功捕捉到非傅里叶热传导特征。这些发现为设计高效能量存储系统提供了重要指导，特别是在需要精确热管理的太阳能利用和地热工程领域。研究建立的数值框架为后续实验验证奠定了基础，并可通过扩展研究更复杂的非稳态流动和几何条件来进一步提升应用价值。