在多孔微通道中，研究运动微生物以及二元化学反应双曲正切流体的可变热导率

《Heat Transfer》：Study of Motile Microorganisms and Variable Thermal Conductivity in a Binary Chemical Reactive Hyperbolic Tangent Fluid in a Porous Microchannel

本研究探讨变热导率和二元化学反应对存在生物对流的多孔微通道中超双曲正切流体流动的影响，综合考虑磁场、焦耳加热和粘性耗散作用，通过无量纲变换将偏微分方程转化为常微分方程，并采用数值模拟方法分析关键参数对速度、温度、浓度及微生物密度的影响，揭示不同参数组合下的热力学与流体力学特性，为微流体设备、生物燃料及药物递送系统设计提供理论依据。

　　

摘要

本研究探讨了在生物对流作用下，多变热导率和二元化学反应对多孔微通道中双曲正切流体流动的影响。研究考虑了磁场、焦耳热和粘性耗散的综合效应。为了便于分析，通过适当的无量纲变换将偏微分方程组转化为常微分方程组。数值解采用龙格-库塔-费尔贝格四阶/五阶方法结合射击技术获得。通过图形表示详细分析了关键控制参数对流速、温度分布、浓度和运动微生物密度的影响。结果表明，热场在热导率和磁场变化时的响应表现出双重特性。关于魏森伯格数（Weissenberg number），流速剖面也观察到了类似的趋势。此外，佩克莱特数（Peclet number）的增加会减少主动运动的微生物层厚度，而较高的生物对流刘易斯数（Lewis number）则会促进运动微生物的积累。研究还发现，化学反应速率随浓度水平的升高而降低，而活化能的增加则会提高浓度。另外，在微通道壁处，变热导率会提高传热速率，而较高的魏森伯格数会降低摩擦系数。这些发现对于各种工程和生物医学应用具有实际意义，例如微流控器件设计、生物燃料生产、药物输送系统以及多孔介质中微生物传输的控制。