Jeffrey-Hamel流体在收敛/发散通道中的磁流体动力学流动数值模拟与参数影响分析

研究人员针对Jeffrey-Hamel流体在磁流体动力学(MHD)作用下的复杂流动行为，通过数值算法研究了收敛/发散通道中的流动特性。研究采用相似变换将控制偏微分方程(PDEs)转化为常微分方程(ODEs)，利用NDSolve技术求解，分析了磁场参数、Deborah数、Eckert数等对速度和温度分布的影响。结果表明，磁场和弹性效应对流动具有显著调控作用，为工业热交换器和生物流体系统设计提供了理论依据。

　　

在工程和生物医学领域，非牛顿流体在复杂几何结构中的流动行为一直是研究热点。Jeffrey-Hamel流体作为一种典型的非牛顿流体，其在收敛/发散通道中的流动特性对微流体器件设计、血液流动模拟等具有重要意义。然而，现有研究对磁流体动力学(MHD)作用下该流体的多参数耦合机制缺乏系统分析，特别是磁场与流体弹性的交互作用亟待阐明。

巴基斯坦伊斯兰堡白沙瓦伊斯兰学院（Islamia College Peshawar）的研究团队在《Kuwait Journal of Science》发表论文，通过数值方法研究了MHD Jeffrey-Hamel流体在收敛/发散通道中的流动特性。研究采用相似变换将控制方程简化为非线性常微分方程，运用Mathematica的NDSolve算法进行求解，重点分析了通道角度α、磁场参数M、Deborah数De等对流动和传热的影响。

关键技术包括：1) 基于极坐标的Jeffrey-Hamel流动建模；2) 相似变换将PDEs转化为ODEs；3) NDSolve数值求解算法；4) 参数敏感性分析。

速度场分析

研究发现，在发散通道（α>0）中，增大通道角度α和Deborah数De会显著提升流速，而磁场参数M通过洛伦兹力增强流动动能。相反，在收敛通道（α<0）中，这些参数会抑制流速，体现几何结构与外力场的竞争效应。

温度场特性

Eckert数Ec对温度分布呈现双向调控：发散通道中Ec增大导致粘性加热升温，而收敛通道中增强对流冷却。纳米颗粒体积分数φ的影响更具复杂性，在特定条件下可同时强化或削弱传热效率。

工程意义

该研究首次系统揭示了MHD与Jeffrey流体弹性的多尺度耦合机制，为以下应用提供理论支撑：1) 可调控磁流体微泵设计；2) 纳米流体强化传热系统优化；3) 生物医学器件中的仿生流动控制。特别是Deborah数对流动的调控规律，为聚合物加工等工业过程提供了新的参数优化维度。研究建立的数值模型具有较高可靠性，与ADM（Abdomen分解法）结果的误差小于0.001%，为后续三维湍流研究奠定了基础。