شبیه‌سازی عددی جریان غیرنیوتنی خون در مدل سه‌بعدی دوشاخگی با یک شاخه غیرمسطح با گرفتگی موضعی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران

10.22060/mej.2021.19414.7019

چکیده

در پژوهش حاضر، شبیه‌سازی عددی عبور جریان دائمی خون در مدل دوشاخگی غیرصفحه‌ای با سه شدت گرفتگی ملایم (%20)، متوسط (%50) و شدید (%80) انجام‌شده است. در این تحقیق، اثر روان‌شدگی برشی خون با مدل کرئو-یاسودا شبیه‌سازی‌ و از خواص ویسکوپلاستیک آن صرف نظر شده است. همچنین دو هندسه‌ی هم‌مرکز و خارج از مرکز برای گرفتگی در نظر گرفته‌شده است. نتایج بدست آمده از این مقاله نشان می‌دهد که لزجت غیرنیوتنی در مقایسه با لزجت نیوتنی، تفاوت‌های قابل توجهی در خطوط جریان ثانویه داشته و روان‌شدگی برشی به نحوی در خطوط جریان ثانویه تأثیر‌ ‌گذاشته بطوری که گردابه‌ها در مقطع میانی گرفتگی و پس از آن یا تشکیل نشده‌ یا اندازه‌ی کوچک‎تری داشته‌اند. همچنین، سرعت محوری در شاخه‌ی غیرمسطح با افزایش درصد گرفتگی، کاهش یافته و در نهایت، حداکثر تنش برشی دیواره‌ای با لزجت نیوتنی در قیاس با لزجت غیرنیوتنی، خطای قابل توجهی داشته و مقادیر تخمین زده‌شده توسط آن در اکثر موارد کمتر از لزجت غیرنیوتنی بوده است. این اختلاف تا %37 برای یک گرفتگی با شدت %80 نیز می‌رسد. همچنین، تغییرات سرعت و نرخ برش ناشی از عبور گرفتگی، سبب می‌شود تا مدل‌سازی لزجت غیرنیوتنی نقش مهمی را در تعیین خطوط جریان و اندازه سرعت ایفا نماید. به علاوه، با افزایش درصد گرفتگی، اثر انحنای رگ که موجب انحراف میدان سرعت به دیواره بیرونی می‌شود کاهش می‌یابد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Numerical simulation of non-Newtonian blood flow in a three-dimensional non-planar bifurcation with stenosis

نویسندگان [English]

  • Ali Ahmadpour
  • Arman Khoshnevis
Department of Mechanical Engineering, Amirkabir University of Technology, Tehran, Iran
چکیده [English]

Arterial occlusion has been one of the most common death causes in the developed and developing societies in the last half-century, and the main reason for the spread of this disease is the unhealthy lifestyle of the majority of people. In the present study, numerical simulation of the steady blood flow through the carotid artery with hypothetical geometry and considering mild (20%), moderate (50%), and severe (80%) occlusion was performed. Furthermore, concentric and eccentric geometries were considered for the stenosis. The shear-thinning behavior of the blood fluid is incorporated by the Carreau–Yasuda model, and the viscoplasticity of blood was ignored. By comparing the non-Newtonian and Newtonian viscosity results, significant differences were found in the secondary flow lines. Shear-thinning behavior affects the secondary flow lines so that the vortices are either not formed or are smaller in size in the middle of the stenosis and subsequent sections. In estimating the maximum wall shear stress, the Newtonian model had a significant error compared to the non-Newtonian one, and the estimated values by the Newtonian model were less than the non-Newtonian in most cases (up to 37% for an 80% stenosis). Finally, the study of axial velocity profiles in the non-planar branch showed that variation of velocity and shear rate caused by stenosis reveals the importance of the non-Newtonian model in calculating streamlines and velocity magnitudes.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Non-Newtonian blood flow
  • Non-planar bifurcation
  • atherosclerosis
  • Wall shear stress (WSS)
  • Computational fluid dynamics (CFD)