瞬态对流条件下SWCNT-MWCNT杂化纳米流体在平行板间的热效率研究

本文创新性地研究了单壁/多壁碳纳米管(SWCNT/MWCNT)杂化纳米流体在垂直平行板间的瞬态磁流体动力学(MHD)对流特性，通过有限差分法数值模拟揭示了外加磁场、热辐射及变热源/汇对流体传热性能的影响。研究发现杂化纳米颗粒可显著提升基液热导率，为微电子冷却、太阳能集热等工程应用提供理论依据。

　　

Highlight亮点

• 选择两垂直板间瞬态对流作为分析模型

• 研究SWCNT和MWCNT杂化纳米颗粒对流动特性的影响

• 考虑外加磁场作用

• 探究热辐射及变热源/汇在板间与杂化流体中的行为

Mathematical modeling and formulation数学模型构建

建立无限长垂直平行板间杂化纳米流体流动模型，x轴沿左侧向下延伸，y轴垂直于板面，板间距为d。在热辐射和变热源/汇作用下，垂直于平面的磁场被引入。

Method of solution求解方法

采用MATLAB软件结合有限差分法求解控制方程(6)-(7)，离散化得到迭代公式：

u(j,n+1)=u(j,n)+dt(1+1/β)(A₁/A₂)[(u(j+1,n)-2u(j,n)+u(j-1,n))/dy²+A₃θ(j,n)-A₄u(j,n)]

θ(j,n+1)=θ(j,n)+dt(4RA₅/3PrA₆)(1+1/β)[(θ(j+1,n)-2θ(j,n)+θ(j-1,n))/dy²+(h_s/A₆)θ(j,n)]

其中dt、dy分别表示时空步长，j=1,2,...n+1。

Results and discussion结果讨论

以水为基液（Pr=7），杂化纳米流体体积分数?₁∈[0,0.1]、?₂∈[0,0.1]。关键参数范围：磁场参数M∈[0,4]、时间t∈[0,2]、热源汇系数h_s∈[-0.4,0.1]、辐射参数R∈[0,4]、Casson流体参数β∈[0,4]。

Conclusions结论

1. 纳米颗粒体积分数增大会降低温度和速度曲线

2. 磁场参数增强会导致流速下降

3. 热源系数h_s的变化显著影响传热性能