四元纳米流体在Sakiadis模型中的非线性热辐射效应对熵和传热机制的优化研究

研究人员针对纳米流体在热交换器、机械和化工等领域的热传递效率问题，开展了四元纳米流体(Al2O3/MgO/Cu/Ag)/H2O在Sakiadis流动模型中的非线性热辐射、耗散及对流加热效应的研究。通过bvp4c数值模拟，发现四元纳米流体的热传递效率和熵控制显著优于传统纳米流体，尤其在辐射参数Rd和温度比α的影响下表现突出。该研究为工程应用中的高效热管理提供了新思路。

　　

在能源效率和工业热管理领域，纳米流体因其卓越的热传导性能成为研究热点。然而，传统单一或二元纳米流体在高温或强辐射环境下的热传递效率仍存在瓶颈，亟需开发更高效的纳米流体体系。与此同时，Sakiadis流动模型（一种边界层流动模型）在聚合物加工、纤维制造等工业场景中广泛应用，但其热力学特性与纳米流体的协同作用机制尚不明确。

为突破这些限制，研究人员聚焦四元纳米流体(Al₂O₃/MgO/Cu/Ag)/H_{2在Sakiadis流动中的表现，系统考察了非线性热辐射、粘性耗散和边界对流对热传递及熵生成的影响。研究采用bvp4c算法（一种边界值问题求解器）对控制方程进行数值求解，并通过对比四元、三元、混合和单一纳米流体的性能，揭示了多组分纳米颗粒的协同增效机制。}

关键技术方法
研究通过构建包含非线性辐射项的修正能量方程，结合Prandtl边界层近似（一种流体力学简化模型），建立了Sakiadis流动的数学模型。采用相似变换将偏微分方程转化为常微分方程组，利用MATLAB的bvp4c求解器进行数值模拟。通过参数敏感性分析，量化了辐射数Rd、温度比α、Biot数Bi和Eckert数Ec对系统性能的影响。

研究结果

1. 温度分布特性
四元纳米流体在α=1.5和Rd=0.8时，温度场较传统纳米流体提升23%。高辐射环境（Rd>1）下，四元纳米流体的热边界层厚度增加15%，表明其更强的能量吸收能力（图5a-d）。

2. 熵生成机制
简单纳米流体的熵生成率在Bi=0.5时比四元纳米流体高37%，证实多组分纳米颗粒可降低热力学不可逆性（图6a-b）。Ec数增大导致熵减少，四元纳米流体的下降速率较缓，体现其能量耗散优化特性（图6e-h）。

3. 传热效率
Nusselt数Nu在Bi=1.2时达到峰值，四元纳米流体的传热系数比传统纳米流体高42%（图7a）。但高Rd值（>1.5）会削弱Nu，这与辐射能主导传热模式相关（图7c）。

4. 等温线分析
等温线分布显示，Ec=0.3时四元纳米流体的温度梯度较传统体系密集20%，证实其局部热流强化效应（图8）。

结论与意义
该研究首次揭示了四元纳米流体在Sakiadis流动中的热力学优势：

1. 多组分纳米颗粒（Al₂O₃/MgO/Cu/Ag）协同作用使热导率提升至传统流体的2.5倍；
2. 非线性辐射参数Rd和温度比α的耦合调控可优化熵生成率；
3. 在Bi=1.0-1.5和Ec=0.1-0.5区间，四元纳米流体展现出最佳的传热-熵控制平衡。

这些发现为设计新一代高效热交换系统提供了理论依据，尤其适用于需要精确控温的半导体制造、核反应堆冷却等高端工业场景。论文发表于《Journal of Radiation Research and Applied Sciences》，为纳米流体力学研究开辟了新方向。