在对流条件下，基于Magneo-Carreau模型的三元混合纳米流体在可伸展表面上的热分析

《Results in Engineering》：Thermal Analysis for Magneto- Carreau Based Ternary Hybrid Nanofluids Over Stretchable Surfaces Under Convective Conditions

本研究针对Carreau流体三元混合纳米流体在磁流体动力学（MHD）条件下的混合对流流动，考虑了非线性拉伸表面、多孔介质、热辐射效应、内部热生成/吸收及磁效应等复杂因素。通过数值模拟（RKF-45方法与 shooting技术）分析Weissenberg数（0-2）、磁参数（0-2）、辐射参数（0-1.2）及Biot数（0.5-1.5）对速度场、温度分布及努塞尔数的影响。结果表明：磁场的引入显著抑制流速并增强热传导；三元纳米流体的剪切稀化特性（伪塑性流体）较剪切增稠特性（稀释流体）更优，其努塞尔数提升12-15%；热辐射效应使温度梯度增强10.6%，孔隙介质阻力使边界层变薄。结论指出伪塑性流体在散热应用中更高效，而稀释流体因弹性记忆效应在特定工况下更具优势。

　　### 非牛顿流体与纳米流体的综合研究

在当前的研究中，我们探讨了基于Carreau模型的三元混合纳米流体在非线性拉伸表面附近的磁流体动力学（MHD）混合对流流动，同时考虑了对流加热、内部热生成和辐射效应。这种流体通过在多孔介质中引入多种纳米粒子，形成了独特的流体特性，能够提供比单一或二元纳米流体更高的热导率和复杂的流变行为。Carreau流体的特性在于其在高剪切速率下表现出剪切变稀行为，而在低剪切速率下则具有牛顿流体的特性。这种流变特性使得Carreau纳米流体在流体动力学和热传导方面表现出独特的性能。

三元混合纳米流体是一种由基础流体和三种不同类型的纳米粒子组成的多相流体系统，具有比单相或二相纳米流体更优越的热和流变特性。这些纳米粒子被特别选择，以增强特定的热物理性能，如热导率、粘度和稳定性。三元混合纳米流体在太阳能系统、电子冷却、生物工程和汽车与航空航天工业的热管理中被广泛应用。近年来的研究表明，三元混合纳米流体在电池技术、热交换器和微通道冷却系统中表现出优异的性能。

我们特别关注了Carreau纳米流体的热传递行为，并结合了磁流体动力学、辐射参数和热生成/吸收等因素，以分析其对流体流动和热传递的影响。Carreau纳米流体的热物理特性通常通过Carreau粘度模型与纳米流体热传递模型（如Tiwari-Das或Buongiorno模型）相结合进行建模。三元混合纳米粒子悬浮在Carreau基础流体中时，会产生复杂的流变和热行为。这种模型适用于聚合物加工、生物医学流体和增强油回收等场景。

研究中采用了相似变量对流体的控制方程和边界条件进行了转换，并通过Runge-Kutta-Fehlberg（RKF-45）方法结合射击技术进行数值求解。通过参数研究，我们发现增加Weissenberg数（We=0-2）会使流体速度减少高达16.8%。较高的磁参数（M=0-2）会通过焦耳加热增强热分布，使热传递剖面增加12-15%。辐射参数（Rd=0-1.2）则会提升壁面温度梯度，使努塞尔数增加10.6%。Biot数（Bi=0.5-1.5）会显著增强对流热传递，使其增加近18%。相反，增加粘度指数（n=1.0-1.8）会使皮肤摩擦系数增加11%，这表明Carreau模型的剪切增稠特性对流体阻力的影响。

此外，我们还研究了Carreau三元混合纳米流体在不同剪切速率和磁力场条件下的热传递行为。结果表明，伪塑性流体在高剪切速率下表现出更好的热传递效率，而剪切增稠流体则对流体流动表现出更强的阻力。这些发现对于优化热管理系统、提高热传递效率具有重要意义。

在热传递过程中，流体的粘度变化和剪切效应对温度分布和热传递速率有显著影响。通过数值模拟，我们观察到增加Weissenberg数会导致流体速度下降，特别是在剪切增稠流体中更为明显。磁力场的引入会通过洛伦兹力对流体流动产生抑制作用，从而减少流体速度。三元混合纳米粒子的加入会增强流体的热导率，从而提升热传递效率。这些结果对于设计高效热管理系统具有重要指导意义。

研究中还考虑了多孔介质对流体流动的影响，以及辐射和热生成/吸收等因素对热传递的增强作用。通过分析不同参数对流体行为的影响，我们发现这些因素在不同流体类型（伪塑性和剪切增稠）中表现出不同的作用机制。伪塑性流体在低Weissenberg数下表现出更强的热传递能力，而剪切增稠流体在高Weissenberg数下则表现出更强的阻力。

最后，我们对研究结果进行了详细分析，并探讨了其在工程和生物医学应用中的潜在价值。通过数值模拟和参数研究，我们揭示了Carreau三元混合纳米流体在不同条件下的行为特征，并为实际应用提供了重要的见解。这些发现对于优化热传递性能、提升热管理系统效率具有重要意义。