基于Cattaneo-Christov热通量模型的生物相容性混合纳米流体(TiO2+Ag/血液与Au+Al2O3/血液)在指数拉伸薄片上的辐射流动与传热特性研究

本研究针对生物医学应用中热管理技术的瓶颈问题，创新性地采用Cattaneo-Christov非傅里叶热传导模型，系统研究了TiO2+Ag/血液和Au+Al2O3/血液两种生物相容性混合纳米流体在指数拉伸薄片上的辐射流动与传热特性。通过BVP4C数值模拟揭示了热松弛时间、纳米颗粒体积分数、滑移边界条件等多参数耦合作用机制，为设计新一代生物医用热疗设备和微流体诊断系统提供了理论依据。

　　

在生物医学工程和微流体技术领域，精确控制流体流动和热传导过程至关重要。传统热管理技术面临两大挑战：一是傅里叶热传导定律假设热量以无限速度传播，这与生物系统中的实际热弛豫现象不符；二是普通纳米流体在生物相容性和热性能优化方面存在局限。针对这些问题，Azhagu Ramar团队创新性地将Cattaneo-Christov热通量模型应用于生物相容性混合纳米流体研究，为开发更精确的生物热疗和诊断设备提供了新思路。

研究团队采用数值模拟方法，通过MATLAB的BVP4C求解器对控制方程进行求解。关键技术包括：1）建立包含热松弛效应的Cattaneo-Christov能量方程；2）采用相似变换将偏微分方程转化为常微分方程；3）引入速度滑移和热滑移边界条件；4）对比分析TiO₂+Ag/血液和Au+Al₂O₃/血液两种混合纳米流体的性能差异。

【问题公式化】章节中，研究人员建立了包含辐射效应的控制方程组，通过引入流函数和相似变量，将复杂的偏微分方程转化为更易处理的常微分方程组。【方法解决方案】部分详细描述了数值求解过程，采用四阶龙格-库塔法结合打靶法进行迭代计算，确保了结果的收敛性和准确性。

研究结果显示：增加热生成参数使温度分布显著提升，TiO₂+Ag/血液的温度增幅比Au+Al₂O₃/血液高3%；速度滑移参数A从0.1增至0.5时，速度剖面下降约15%，而温度分布相应升高；纳米颗粒体积分数增加导致速度剖面下降但温度分布提升，其中TiO₂+Ag组合的热传导性能更优；Prandtl数增大使热边界层变薄，这对精确控制治疗区域温度具有重要指导意义。

在【结论】部分，作者强调该研究首次将Cattaneo-Christov模型应用于生物相容性混合纳米流体系统，突破了传统傅里叶定律的局限。特别值得注意的是，TiO₂+Ag/血液在热传导性能上比Au+Al₂O₃/血液提高约3%，但伴随2.5%的流阻增加，这种权衡关系为特定应用场景的纳米流体选择提供了量化依据。

这项发表在《Journal of Radiation Research and Applied Sciences》的研究具有多重意义：理论层面，完善了非傅里叶热传导在生物流体中的应用框架；应用层面，为肿瘤热疗、靶向给药和微流体诊断设备的优化设计提供了新思路；方法论层面，建立的数值模型可扩展应用于其他生物热流系统研究。未来工作可进一步考虑非稳态流动、纳米颗粒聚集效应以及更复杂的血管几何形态，推动该研究向临床应用转化。