热辐射和磁场对纳米磁性流体自然流动影响的研究现状

罗小红

摘 要：纳米磁性流体是一类特殊的纳米流体，它广泛应用于生物医学、光电信息和可再生能源等领域。纳米磁性流体逐渐成为辐射磁流体力学的研究热点之一。本文介绍了热辐射和磁场对纳米磁性流体流动与传热影响的研究现状，并指出了不足之处。

关键词：热辐射;磁场;纳米磁性流体

中图分类号：TK121 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2019）26-0117-03

Research Status of the Influence of Thermal Radiation and Magnetic

Field on the Natural Flow of Nano Magnetic Fluid

LUO Xiaohong

（College of Mechanical and Electrical Engineering， Jilin Institute of Chemical Technology，Jilin Jilin 132022）

Abstract： Nano magnetic fluid is a special kind of nanofluid， which is widely used in biomedicine， photoelectric information and renewable energy. Nano magnetic fluid has gradually become one of the research hotspots of radiation magnetohydrodynamics. This paper introduced the research status of the effects of thermal radiation and magnetic fields on the flow and heat transfer of nano-magnetic fluids， and pointed out the shortcomings.

Keywords： thermal radiation;magnetic field;nano-magnetic fluid

纳米流体作为一种新型工质，在强化传热领域（航天器热控制、发动机冷却、核能系统和制冷系统等）和可再生能源利用领域（太阳能光催化制氢、太阳能集热器和太阳能直接蒸发器等），减阻润滑和生物医学以及储能等领域得到了广泛应用，如图1所示[1-4]。作为一种特殊纳米流体，纳米磁性流体备受人们关注，随着研究的不断深入，其应用范围不断拓展，广泛应用于国民经济的各个领域。

1 纳米磁性流体概述

纳米磁性流体是一类特殊的纳米流体，它既具有固体物质的磁性，又具有液体的流动特性。当有外加磁场作用时，它既可以被控制、定位和移动，又能起到强化传热作用，同时纳米粒子的分布结构特征会发生变化，使得纳米磁性流体的光学性质产生变化。因此，近年来，纳米磁性流体在现代工业中的一些高新技术领域，如生物医学、可再生能源、光电信息等领域得到广泛的应用[5-7]。以上提到的领域均有高温出现，纳米磁性流体逐渐成为辐射磁流体力学的研究热点之一。因此，开展此基础理论研究具有重要的应用价值和科学意义。

2 国内外研究现状

目前，国内外关于热辐射和磁场对纳米磁性流体流动与传热影响的研究以数值方法和理论分析为主，试验方面甚少。下面简单地介绍国内外研究现状。

在外加横向稳恒磁场和热辐射的情况下，Rashidi等人研究了不可压缩黏性纳米流体流过半无限大拉伸平板时的二维稳态层流问题[8]。该研究以水为基液，以Cu和CuO为纳米颗粒。结果发现，随着辐射参数的增加，表面摩擦系数增加，Nu数降低。

在有對流和扩散边界条件下，Ramana等人研究了旋转系统内，纳米流体流过多孔介质移动的竖直平板时化学反应、热辐射、磁场、纳米颗粒形状和体积份额对非稳态对流的影响[9]。该研究考虑两类纳米流体，即Ag-水和TiO2-水。研究结果表明，辐射和磁场都有减弱摩擦系数的趋势;球形纳米颗粒比圆柱形纳米颗粒能更好地强化传热;Ag-水纳米流体比TiO2-水纳米流体传热能力强。

Kothandapani和Prakash在考虑布朗运动和热迁移的情况下，研究了纳米流体通过二维锥形非对称通道多孔介质时热辐射和磁流体力学对蠕变流动的影响[10]。研究发现，随着辐射参数的增加，蠕变率增加。

Nayak等人研究了Cu-水纳米流体通过线性拉伸平板时横向磁场和热辐射对纳米磁性流体的三维自然流动影响[11]。研究发现，辐射参数的增加会导致平板表面传热速度减小。

Sheikholeslami在有热辐射的情况下，研究了具有倾斜椭圆内圆筒的腔体内磁场对Fe3O4-水纳米磁性流体流动与传热问题的影响[12]。其间分别研究了内圆筒的倾斜角度、Ra数、Ha数、辐射参数及水基Fe3O4纳米流体不同体积份额对Nu数、流场和温度的影响。研究结果表明，随着浮升力和辐射参数的增加，传热加强，随着洛伦兹力的增加，传热反而受到抑制。

与国外学者相比，国内学者关于热辐射和磁场对纳米磁性流体流动与传热影响的研究很少。在有纳米颗粒组分存在的情况下，北京科技大学Zhu等人研究了二阶速度滑移和温度阶跃的边界条件对磁流体流动与传热的影响，其间分别对Cu-水和Al2O3-水纳米流体进行了研究，并探讨了布朗运动、热迁移、热辐射对流动与传热的影响[13]。Zheng等人研究了纳米流体流过多孔饱和介质内拉伸表面时速度滑移和温度阶跃对纳米驻点流动和辐射传热的影响，探讨了速度滑移、温度阶跃、热辐射等参数对速度场和温度场的影响[14]。

3 不足之處

目前，关于热辐射和磁场对纳米磁性流体流动与传热影响的研究还存在以下不足。一是针对辐射源项的处理，大部分研究者采用Rosseland近似进行简化处理来获得辐射参数[9-14]，该近似对光学厚度有很好的精度，但不能准确分析介质的其他辐射特性参数（如吸收率、散射率）对自然对流的具体影响。然而，这些参数的影响非常重要，不能忽略，所以有必要求解辐射传递方程。二是目前大部分研究是关于边界层的，有限区域内的研究较少。

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