幂律流体倾斜平板热泳效应研究：二维层流边界层分析

"这篇研究论文探讨了幂律流体在倾斜平板上的热泳效应下的二维层流边界层动力学，重点关注了传热传质问题。文章由埃及数学学会出版，并在CC BY-NC-ND许可下开放访问。研究中采用了特征函数法来处理描述对流换热的非线性偏微分方程组，并通过龙格-库塔方法求解得到无量纲温度和浓度分布的精确解。" 本文主要涉及以下几个关键知识点： 1. **幂律流体**：这是一种非牛顿流体，其剪切应力与应变率的关系遵循幂律方程。幂律指数`n`决定了流体的性质，当`n=1`时，流体表现为牛顿流体；`n>1`表示塑性流体；`n<1`则表示假塑性流体。 2. **热泳效应**：也称为热迁移，是指在温度梯度存在时，流体中的粒子因受热力驱动而移动的现象。在本研究中，热泳作用影响了幂律流体在倾斜平板上的流动行为。 3. **层流边界层**：在流体动力学中，边界层是指流体贴近固体表面的一个薄层，其中流速从零（固体表面速度）逐渐过渡到主流区的速度。在这个区域内，黏性力起主导作用。 4. **非线性常微分方程组**：在描述这种复杂流动问题时，通常会遇到非线性的偏微分方程组。这些方程描述了流体的速度、压力、温度和浓度随位置和时间的变化。 5. **特征函数法**：这是一种数值分析方法，用于将偏微分方程转化为常微分方程，便于求解。在本文中，这种方法被用来处理对流换热问题。 6. **龙格-库塔方法**：这是求解常微分方程的标准数值方法，通过迭代近似求解方程的解。在这里，它被用来解决耦合的非线性常微分方程组。 7. **传热传质问题**：研究中的核心问题，涉及热量和质量如何在流体与固体界面以及流体内部传递。这对理解流体行为和优化工程设计至关重要。 8. **应用背景**：幂律流体在多个领域都有实际应用，如食品工业、聚合物加工、石油化工、地热能源、橡胶制造、涂料工艺和生物技术等。 9. **开放获取**：此研究论文在CC BY-NC-ND许可下开放获取，意味着学术界和公众可以免费阅读和引用，但不能用于商业目的或衍生作品。 通过这项研究，科学家们可以更好地理解和模拟幂律流体在特定条件下（如倾斜表面和热泳效应）的行为，这对于优化相关工程过程、提高能效和设计更有效的传热设备具有重要意义。