活化能与辐射效应对具有反应性传输的拉伸圆柱面上MHD粘弹性纳米流体流动的影响

《Dynamics of Atmospheres and Oceans》：Activation Energy and Radiative Effects on MHD Viscoelastic Nanofluid Flow over a Stretching Cylinder with Reactive Transport

　　

S. Karthik

数学系，Rajalakshmi 工程学院，钦奈，泰米尔纳德邦 600124，印度

摘要

磁化非牛顿流体在曲面几何结构中的流体动力学传输在先进的热系统和反应系统中起着至关重要的作用。本研究探讨了在非线性辐射加热拉伸圆柱体上，带有阿伦尼乌斯激活能和耦合的均质-非均质化学反应的粘弹性二级纳米流体的磁流体动力学行为，这些反应在 Buongiorno 框架内进行建模。该模型考虑了布朗运动、热泳效应、非线性热辐射和曲率效应。通过相似变换将控制非线性偏微分方程转化为一组耦合的常微分方程，并使用自适应 Runge–Kutta–Fehlberg (RKF45) 方法进行数值求解，MATLAB 的 bvp4c 进行验证。研究结果表明，激活能显著影响反应性物质的传输：增加激活能可抑制浓度约 25–40%，而较低的值则能提高反应速率。非线性辐射会使温度分布升高，并使热边界层增厚约 20–30%。磁参数由于洛伦兹力效应而降低流速，但通过焦耳加热增加了热能。粘弹性引入了弹性阻力，减小了壁面剪应力并增加了边界层厚度。此外，布朗运动和热泳效应使传热速率提高了近 22–30%，而曲率相比平面几何结构提高了热性能。这些发现为优化聚合物加工、催化反应器和高温热管理系统提供了宝贵的见解。

章节摘录

引言

沿连续拉伸表面的边界层行为以及热和质量传递的分析是流体动力学研究的一个基础领域。这一重要性源于其在工业和工程过程中的广泛应用，如聚合物挤出、拉丝、金属纺丝、热轧、纤维生产和涂层应用等。最初的研究主要关注平面表面上的牛顿流体；然而，这种简化的方法

数学建模

我们考虑了一种不可压缩、导电的粘弹性流体在半径为 的拉伸圆柱体上的流动。数学模型基于以下物理假设：由径向拉伸的圆柱体诱导出稳定的、层流的、轴对称的边界层流动；在横向施加均匀磁场。为了建立数学上可处理且物理上一致的模型，采用了以下假设：(i) 流动是稳定的，

数值求解方法

当前的射击–RKF45 方法相比其他数值和半分析技术具有多个显著优势。首先，相似变换将控制非线性偏微分方程简化为常微分方程，大大降低了计算复杂性（相较于有限差分或有限元方法）。其次，RKF45 方案采用了自适应步长控制，从而提高了

结果与讨论

为了清晰起见，所有参数均用相似变量 表示，因为控制方程已转化为常微分系统。图形结果经过精心处理以满足出版质量标准。图表以高分辨率（600 dpi）生成，以确保参数变化的清晰度和精确性。轴标签、图例和注释均采用了适当的字体大小和科学符号进行统一格式化。

结论

本研究探讨了在具有激活能和耦合的均质-非均质化学反应的非线性辐射加热拉伸圆柱体上的粘弹性纳米流体的磁流体动力学行为。主要发现总结如下：

• •
  由于洛伦兹力效应，磁参数显著降低了流速，同时通过焦耳加热效应提高了温度分布。
• •
  增加粘弹性参数会因弹性阻力而抑制流体运动

CRediT 作者贡献声明

S. Karthik： 负责撰写原始草稿。

利益冲突声明

作者声明他们没有任何已知的利益冲突或个人关系可能影响本文所述的工作。