收缩与扩张偏心环空内混合纳米流体流动特性及其在热传递增强中的生物医学应用研究

　　本研究通过数学建模对比分析了单纳米流体（Al2O3-H2O）、混合纳米流体（Al2O3/Cu-H2O）和改性纳米流体（Al2O3/Cu/Ni-H2O）在偏心环空中的流动与传热行为。采用摄动法解析求解，发现改性纳米流体在热性能（提升40-60%）和压力梯度（较单纳米流体增强600%）方面表现卓越，为生物医学植入器械的微创输送技术提供了理论支撑。

　　

Highlight

改性纳米流体在蠕动泵中展现出更广泛的操作灵活性，在热力学和流动机制中均表现出优越性能。纳米颗粒浓度显著增加压力梯度，改性纳米流体相比单纳米流体显示出高达600%的增强。改性纳米流体的温度分布达到最高峰值，由于多金属协同效应（Al₂O₃, Cu, Ni），热性能提升40-60%。改性纳米流体在低流量状态下表现出最低摩擦，而在G > 7时摩擦更高。

Conclusion

本文通过研究纳米流体、混合纳米流体和改性纳米流体（以氧化铝、铜和镍为纳米颗粒，水为基础流体）在偏心环空区域的流动行为，并探讨了热生成效应下的热行为。通过摄动法解析求解数学关系，并对比了压力梯度（dp/dz）、内外圆柱上的摩擦力、压力上升、温度与速度分布以及流线 trapping boluses 的图形行为。

Future Directions

未来可通过采用不同形状的混合纳米颗粒来观察其对热导率的影响；通过医学环空模型进行实验验证；利用机器学习优化颗粒配比；进一步扩展至瞬态和脉动流场景；通过不同数值方案计算数值结果并与人工神经网络关联。