热溶质通量对磁化Sutterby流体传热传质流动的影响机制研究

研究人员针对非牛顿流体在工程应用中的传热传质问题，基于Cattaneo-Christov模型研究了三维Sutterby流体在双向拉伸表面的流动特性。通过bvp4c数值方法分析了磁参数(M)、拉伸参数(β)、普朗特数(Pr)等对温度场θ(η)和浓度场?(η)的影响。结果表明：磁场增强会抑制流速但提升温度边界层厚度，而拉伸参数β会显著改变速度分布。该研究为聚合物加工、食品混合等工业过程提供了理论指导。

　　

在能源工程和食品加工等领域，非牛顿流体的传热传质特性一直是研究热点。传统Fourier和Fick定律无法准确描述具有弛豫特性的复杂流体行为，特别是在存在磁场作用的工况下。Sutterby流体作为一种特殊的非牛顿流体，因其能模拟聚合物溶液、血浆等物质的流变特性，在食品混合、钻井泥浆等领域应用广泛。然而，关于其在双向拉伸表面下的三维流动与传热传质耦合机制的研究仍存在空白。

巴基斯坦莫希丁伊斯兰大学（Mohi-ud-Din Islamic University）数学系的Zubair Hussain团队在《Journal of Radiation Research and Applied Sciences》发表研究，通过建立包含Cattaneo-Christov热流模型的三维磁化Sutterby流体控制方程，系统探究了热溶质通量对流动和传质特性的影响。研究采用bvp4c算法求解高耦合非线性常微分方程，重点分析了磁参数M、拉伸比β、普朗特数Pr、施密特数Sc等关键参数对流动和传质边界层的影响规律。

研究主要采用数值模拟方法，通过相似变换将偏微分控制方程组转化为常微分方程，利用MATLAB的bvp4c求解器进行求解。通过参数敏感性分析，系统考察了Sutterby流体参数(α₁,α₂)、磁参数M、热弛豫时间λ_E和浓度弛豫时间λ_C等对流动和传质特性的影响。

速度场特性
研究发现磁参数M的增大会产生显著的洛伦兹力抑制效应，导致速度分量f'(η)和g'(η)明显衰减。当M从0.3增至0.9时，表面摩擦系数(-Re^1/2C_fx)从1.42215降至1.393035。而拉伸参数β则呈现相反作用，β增大加速了y方向流动，边界层速度g'(η)显著提升。

温度场调控机制
温度分布θ(η)对热弛豫参数λ_E极为敏感。当λ_E增大时，温度边界层厚度缩减约30%，这表明热信号传播需要更长时间。值得注意的是，普朗特数Pr的增大会削弱热扩散，使θ(η)曲线变得更为平缓。

浓度场演化规律
浓度分布?(η)受施密特数Sc和磁参数M共同影响。Sc增大导致质量扩散率降低，边界层?(η)下降约25%。而浓度弛豫时间λ_C的延长会延迟浓度响应，使?(η)分布向壁面收缩。

该研究通过系统的参数分析，阐明了磁化Sutterby流体在双向拉伸流场中的传热传质机理。特别重要的是，研究揭示了热/质弛豫时间(λ_E/λ_C)与边界层特性的定量关系，为优化食品混合、聚合物加工等工业过程提供了理论依据。研究提出的改进型Cattaneo-Christov模型，为处理非傅里叶热传导问题提供了新的数值研究框架。未来研究可进一步拓展到时变流场和曲壁面流动等更复杂工况。