多孔介质中MoS2-ZrO2杂化纳米流体磁热挤压流动的熵调控与传热强化机制

为解决工业热管理系统中的能量耗散问题，研究人员通过构建MoS2-ZrO2/Water-EG杂化纳米流体模型，探究了多孔介质中磁致挤压流动的传热与熵生成特性。研究发现增强磁场强度与Darcy数可抑制流速但提升温度场，而Brinkman数（Br）显著影响熵分布，为磁热系统能效优化提供了新思路。

　　

在能源需求激增的背景下，工业热管理系统的能效优化成为关键挑战。传统冷却技术受限于基础流体热导率，而纳米流体的出现为热传递强化提供了新路径。然而，多孔介质中复杂流动与磁热耦合作用下的传热机制尚不明确，特别是杂化纳米流体（由多种纳米颗粒组成）在动态挤压过程中的熵行为亟待解析。

针对这一科学问题，巴基斯坦阿卜杜勒·瓦利汗大学马尔丹分校数学系的研究团队通过构建MoS₂-ZrO₂/Water-EG杂化纳米流体模型，系统研究了多孔平行板间非稳态挤压流动的热力学特性。该研究创新性地引入时变磁场与旋转效应，采用ND-Solve算法求解非线性控制方程，相关成果发表于《Results in Engineering》。

研究团队主要运用了磁流体动力学建模、相似变换降维、数值求解（ND-Solve）和熵生成分析等关键技术。通过建立包含Lorentz力、Darcy阻力和辐射换热的耦合方程组，将偏微分方程转化为常微分方程进行求解，并引入Brinkman数（Br）和Bejan数（Be）量化不可逆过程。

模型构建与验证

通过质量、动量和能量守恒方程，推导出包含磁参数M、Darcy数Da和挤压参数Sq的无量纲方程组。数值解与残差分析验证了模型精度，最大误差控制在10^-6量级。

热流调控机制

研究发现磁场强度增至5T时，x方向流速降低37%，这是由于Lorentz力阻碍流体运动。而Darcy数Da=0.1→0.5使多孔介质渗透率提升，导致近壁区温度升高12.5K，证实了颗粒-流体相互作用对传热的增强作用。

熵行为解析

Br=2时，粘性耗散贡献占比达68%，而Br₁=1.5使杂化纳米流体的熵产率比单一纳米流体高22%。Bejan数随挤压速度Sq增大而衰减，表明高速挤压下摩擦熵代逐渐主导系统。

传热性能对比

MoS₂-ZrO₂组合使Nusselt数较单一纳米流体提升19.3%，其热导率强化主要源于ZrO₂的高表面能（320mJ/m²）与MoS₂的层状结构协同效应。

该研究揭示了杂化纳米流体在磁热系统中的独特优势：通过调控Br和Da可实现熵产最小化与传热最大化的平衡。这一发现为设计新一代微通道冷却装置、磁流体轴承等能源设备提供了理论依据，特别适用于需要精确热管理的航空航天与电子冷却领域。研究提出的"磁-孔-挤"多场耦合模型，为复杂流动的熵优化开创了新的分析方法。