Casson MoS2-SiO2/H2O复合纳米流体在多孔里加（Riga）板介质中的热二次辐射与熵优化以及热损失研究

《Surfaces and Interfaces》：Thermal quadratic radiation and entropy optimization of Casson MoS2-SiO2/H2O composite nanofluid in porous Riga plate media and heat loss

Casson流体中MoS?-SiO?纳米混合流体在多孔介质的热辐射与熵优化效应研究，通过数值模拟分析热损失、渗透率、辐射强度、纳米体积分数和Casson参数对流动率、温度场及熵生成的影响，结果表明优化电磁参数和纳米浓度可显著提升热传输效率并降低熵生成，为高效热管理系统设计提供理论依据。

　　本研究探讨了在具有渗透性的介质中，由二硫化钼（MoS?）和二氧化硅（SiO?）纳米颗粒悬浮于水基溶剂中的卡松电磁混合纳米流体在Riga表面下的热辐射和熵优化效应。研究的重点在于理解这种特殊流体在热传输、流动特性和熵生成方面的表现，并通过参数分析评估不同因素对这些性能的影响。研究的动机来源于纳米流体在多种工程和工业应用中的潜力，例如生物医学流动、太阳能热收集器、涉及非牛顿流体的工业过程以及纳米流体系统。随着纳米技术的发展，混合纳米流体因其能够结合多种纳米颗粒的优良特性，从而实现更优异的热物理性能，已经成为热能管理领域的重要研究方向。

卡松流体是一种具有非牛顿流体特性的流体，其黏弹性行为使得它在控制流动方面具有独特的灵活性。通过引入卡松流体的应力张量模型，研究者能够更精确地描述混合纳米流体在复杂流动条件下的行为。此外，Riga表面作为电磁力的来源，提供了对流场和热传输进行精确控制的机制。这种表面通过交替的电流和磁感应线产生稳定的电磁场，从而影响纳米流体的流动模式和热分布特性。研究还考虑了热损失对系统性能的影响，这在实际应用中是一个关键因素，因为热损失通常会导致能量效率的下降。

研究采用的数学模型基于动量、热传导和熵生成方程，并结合了卡松流体的应力张量和达西模型来描述流体在多孔介质中的流动特性。通过引入无量纲化处理，研究者能够将复杂的物理方程转化为更易于分析的形式。为了求解这些非线性微分方程，研究使用了MATLAB中的bvp4c求解器，该求解器基于四阶配点法，能够在处理边界层问题时提供高精度的数值解。通过这一方法，研究者能够系统地分析热损失、介质渗透性、辐射强度、纳米颗粒体积分数以及卡松流体参数对流速、温度场和熵生成的影响。

研究结果表明，混合纳米流体在热传输方面表现出显著的增强效果。然而，当电磁参数和纳米颗粒浓度被优化时，熵生成则会相应减少。这一发现对于设计高效的热能系统具有重要意义，因为熵的减少意味着系统运行过程中能量损失的降低，从而提高了整体的热效率。此外，研究还发现，随着纳米颗粒体积分数的增加，热分布能力有所提升，同时热力学系统的稳定性也得到了改善。这些结果为在多孔介质中实现可控热传输提供了理论依据，有助于开发更高效的热能管理技术。

在工程和工业应用中，热能管理是一个至关重要的领域。特别是在涉及复杂流体流动和热传递的系统中，如化学反应器、过滤技术以及地热能系统，混合纳米流体的引入可以显著提升系统的性能。通过结合电磁力和热辐射效应，研究者能够更有效地控制流体的流动和热分布，从而优化能量利用效率。此外，研究还指出，混合纳米流体在高温过程中的热分布特性可以被更精确地描述，这有助于在需要高热传导性能的应用中进行设计和优化。

从更广泛的角度来看，混合纳米流体的研究不仅涉及流体力学和热传导，还涵盖了材料科学、电磁学以及热力学等多个学科。这种跨学科的研究方法使得混合纳米流体在多个应用领域中展现出巨大的潜力。例如，在生物医学领域，混合纳米流体可以用于增强药物输送和组织工程中的热管理；在太阳能热收集器中，其高热传导性能可以提高能量转换效率；在涉及非牛顿流体的工业过程中，其独特的流变特性可以优化工艺流程，减少能耗。此外，混合纳米流体在纳米流体系统中的应用也值得关注，因为它们可以提供更精确的热分布控制，从而提高系统的稳定性和效率。

为了进一步验证研究结果，研究人员还对参数的影响进行了详细的分析。通过改变热损失参数、介质渗透性、辐射强度以及纳米颗粒体积分数，研究者能够观察到这些参数如何影响流体的流动特性、温度分布以及熵生成。例如，当热损失增加时，温度场的变化更加显著，而随着介质渗透性的提高，流体的流动阻力减小，从而提升了流速。辐射强度的增加则导致更多的热能被吸收，进而提高了热传输效率。此外，纳米颗粒体积分数的调整也对热传导和熵生成产生了显著影响，其中较高的体积分数通常会带来更高的热传导能力，但同时也可能增加熵生成的水平。

在实际应用中，如何在热传输和熵生成之间取得平衡是一个关键问题。通过优化电磁参数和纳米颗粒浓度，研究者能够有效降低熵生成，同时保持较高的热传输效率。这种优化策略对于设计高效、节能的热能系统具有重要意义，特别是在需要长期稳定运行的工业设备和环境控制系统中。此外，研究还强调了混合纳米流体在高温过程中的热分布特性，这对于某些需要精确控制温度的应用，如半导体制造和高温反应器，具有重要的参考价值。

研究的发现还为未来的工程应用提供了新的思路。例如，在过滤技术和化学反应器中，混合纳米流体的引入可以提高系统的能量效率和操作稳定性。在地热能系统中，其高热传导性能有助于提高能量提取效率，从而减少对传统能源的依赖。此外，混合纳米流体在电磁场中的行为也可以被用于开发新型的热能管理系统，例如通过调整电磁参数来控制流体的流动模式和热分布，从而实现更高效的热能利用。

从理论角度来看，本研究不仅深化了对混合纳米流体在多孔介质中行为的理解，还为相关领域的进一步研究提供了基础。例如，未来的研究可以探索不同类型的纳米颗粒组合对热传输和熵生成的影响，或者研究在不同流动条件下混合纳米流体的性能变化。此外，还可以进一步分析电磁场对流体流动和热分布的非线性影响，以及这些影响如何在实际系统中被有效利用。

在实验验证方面，研究者可以借助先进的实验设备和测量技术，如激光多普勒测速仪（LDV）和热成像技术，来进一步确认数值模拟的结果。这些技术能够提供高精度的流动速度和温度分布数据，从而验证模型的准确性。此外，实验研究还可以帮助研究者更好地理解混合纳米流体在不同操作条件下的行为，例如在不同温度梯度和电磁场强度下的流动特性和热传导性能。

综上所述，本研究通过数值模拟和理论分析，揭示了混合纳米流体在多孔介质中与热辐射和熵优化相关的物理机制。研究结果表明，混合纳米流体在热传输方面具有显著优势，同时通过优化电磁参数和纳米颗粒浓度，可以有效降低熵生成，提高系统的能量效率。这些发现为开发更高效的热能管理系统提供了理论支持，并为未来的工程应用和研究方向指明了方向。随着纳米技术的不断发展，混合纳米流体在热能管理领域的应用前景将更加广阔，有望在多个行业带来革命性的改进。