多物理场耦合下石墨烯-四氧化三铁杂化纳米流体在拉伸多孔介质中的斜向驻点流动与传热特性研究

为解决复杂工业环境中高效传热与流动控制问题，研究人员采用Xue和Yamada-Ota热导率模型，结合Runge-Kutta-Fehlberg数值方法，研究了多孔介质中GO-Fe3O4/EO杂化纳米流体的斜向驻点流动。结果表明：磁场强度提升使流体温度升高16.3%，Xue模型比Yamada-Ota模型表面传热率高22%，Schmidt数增大导致传质率降低35%，为热管理系统优化提供了新策略。

　　

在能源系统和工业制造领域，如何提升高温环境下的传热效率一直是亟待解决的难题。传统冷却介质如发动机油(EO)存在导热系数低、热边界层过厚等缺陷，而纳米流体的出现为热管理带来了新思路。特别是由石墨烯氧化物(GO)和四氧化三铁(Fe₃O₄)组成的杂化纳米流体，兼具GO的高导热性和Fe₃O₄的磁响应特性，在核反应堆冷却、太阳能集热等领域展现出巨大潜力。然而，多物理场耦合条件下的流动传热机制尚不明确，特别是斜向冲击、多孔介质与电磁场协同作用下的流动特性缺乏系统研究。

针对这一科学问题，巴基斯坦伊斯兰大学巴哈瓦尔布尔分校数学系的研究团队在《Kuwait Journal of Science》发表了创新性成果。他们建立了包含Darcy多孔阻力、磁流体动力学(MHD)效应和Rosseland辐射的数学模型，采用四阶Runge-Kutta-Fehlberg结合打靶法进行数值求解，重点对比了Xue和Yamada-Ota两种热导率模型的预测差异。

关键技术包括：(1)建立包含辐射修正项的能量方程；(2)引入相似变换将偏微分方程组转化为常微分方程；(3)采用自适应步长控制算法处理边界层奇异性；(4)通过流函数分解法分离法向与切向流动分量；(5)基于纳米粒子体积分数计算等效热物性参数。

速度场特性
研究发现当拉伸参数λ从0.1增至2时，边界层厚度减小42%。磁参数M=1时流速降低28%，而多孔参数A=5使Darcy阻力增大导致速度波动加剧。值得注意的是，Fe₃O₄纳米流体的速度场比GO纳米流体高15%，这与其较低的粘度相关。

温度场分布
辐射参数R增至0.5时，温度峰值提升19.7%。Xue模型预测的壁面热流密度比Yamada-Ota模型高22%，这是由于前者更准确表征了纳米粒子-基液界面热阻。当Pr=5时，热边界层厚度缩减为Pr=1时的61%，证实高Pr流体更易维持陡峭温度梯度。

传质与流动结构
Sc=2的溶液比Sc=1浓度边界层薄35%。化学反应参数Kc=0.5时，近壁面浓度降低28%。流线可视化显示，冲击角γ=π/3时会产生不对称涡旋结构，这与传统正交冲击流有本质区别。

这项研究的重要意义在于：(1)首次系统阐明了斜向冲击条件下杂化纳米流体的多场耦合机制；(2)验证了Xue模型在预测高浓度纳米流体传热方面的优越性；(3)发现磁参数与多孔参数的拮抗效应，为电磁-多孔复合散热器设计提供了理论依据。研究提出的模型可应用于聚合物挤出模具冷却、磁流体密封等工业场景，其中关于冲击角γ对热流分布影响的结论，对航空航天器热防护系统优化具有直接指导价值。未来研究可进一步考虑纳米粒子团聚效应和三维旋转流动等复杂因素。