具有非对称对流冷却结构的微通道中反应性三级流体非稳态电渗流的数值研究

《Chemical Engineering & Technology》：Numerical Study of an Unsteady Electro-Osmotic Flow of Reactive Third-Grade Fluid through a Microchannel Having Asymmetric Convective Cooling

第三类流体在垂直微通道中受逆压力梯度、浮力和电渗作用驱动，存在绝热反应和温度依赖粘度（Nahme定律）及壁面对流冷却（牛顿冷却定律），数值模拟表明非牛顿特性可抑制热失控并促进稳态。

　　

摘要

本研究分析了粘性不可压缩的第三类流体在垂直微通道中向上流动时的流体动力学和热力学行为。该流动受到三种力的共同作用，分别是逆压梯度、浮力作用和电渗作用。流体经历的放热反应遵循阿伦尼乌斯动力学模型，且流体粘度假设为温度依赖性，通过纳姆定律进行建模。微通道的垂直壁受到对流冷却作用，该过程通过牛顿冷却定律进行建模。所建立的非线性耦合偏微分方程组采用稳健的半隐式有限差分方法进行数值求解。结果表明，正如预期的那样，从初始状态开始，流速和流体温度随时间增加，直至达到稳态——前提是放热反应强度足够低，以避免热失控现象的发生，从而实现稳态。此外，如预期所述，浮力驱动力的增加会提高流速和流体温度。更重要的发现是，流体的非牛顿特性以及电渗特性的增强都会减缓流动速度。进一步观察发现，流体的非牛顿特性还有助于更好地抑制热失控现象，相比牛顿流体效果更佳。

利益冲突

所有作者均无需要披露的利益冲突。