Influencia de la reología de la sangre con adelgazamiento por cizallamiento en la transición laminar-turbulenta sobre un escalón hacia atrás
Autores: Kelly, Nathaniel S.; Gill, Harinderjit S.; Cookson, Andrew N.; Fraser, Katharine H.
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2020
Acceso abierto
Artículo científico
2020
Influencia de la reología de la sangre con adelgazamiento por cizallamiento en la transición laminar-turbulenta sobre un escalón hacia atrás
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Enfermedades cardiovasculares
Dispositivos en contacto con la sangre
Trombosis
Reología de la sangre no newtoniana
Números de Reynolds
Flujo turbulento
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
Las enfermedades cardiovasculares son la principal causa de muerte a nivel mundial y existe una necesidad insatisfecha de dispositivos de contacto con la sangre que sean efectivos y más seguros, incluidos válvulas, stents y corazones artificiales. En estos, las regiones de recirculación promueven la trombosis, desencadenando fallos mecánicos, disfunción neurológica e infartos. El flujo transicional sobre un escalón orientado hacia atrás es un modelo idealizado de estas condiciones de flujo; el objetivo era entender el impacto de la reología no newtoniana de la sangre en la modelización de este flujo. Las simulaciones de flujo de fluidos con adelgazamiento por cizallamiento y newtonianos se compararon para números de Reynolds (Re) que cubren el rango completo de flujo laminar, transicional y turbulento por primera vez. Se evaluaron tanto las simulaciones de Navier-Stokes promediadas por Reynolds no estacionarias (k- SST) como las simulaciones de grandes remolinos de Smagorinsky (LES); solo las LES predijeron correctamente las tendencias en la longitud de la zona de recirculación para todos los Re. La transición turbulenta se evaluó mediante varios criterios, revelando una imagen compleja. Los parámetros turbulentos instantáneos, como la velocidad, indicaron una transición retrasada: Re = 1600 frente a Re = 2000, para las transiciones newtonianas y de adelgazamiento por cizallamiento, respectivamente. Por el contrario, al utilizar un Re definido en función de la viscosidad promedio espacial, el modelo de adelgazamiento por cizallamiento transitó por debajo del newtoniano. Sin embargo, la longitud de la zona de recirculación, un parámetro de flujo medio, no indicó ninguna diferencia en el Re transicional entre los dos. Este trabajo muestra que una reología de adelgazamiento por cizallamiento puede explicar la transición retrasada para la sangre completa observada en datos experimentales publicados, pero este retraso no es toda la historia. Los resultados muestran que, para modelar con precisión el flujo sanguíneo transicional y así permitir el diseño de dispositivos cardiovasculares avanzados, es esencial incorporar la reología de adelgazamiento por cizallamiento y modelar explícitamente los remolinos turbulentos.
Descripción
Las enfermedades cardiovasculares son la principal causa de muerte a nivel mundial y existe una necesidad insatisfecha de dispositivos de contacto con la sangre que sean efectivos y más seguros, incluidos válvulas, stents y corazones artificiales. En estos, las regiones de recirculación promueven la trombosis, desencadenando fallos mecánicos, disfunción neurológica e infartos. El flujo transicional sobre un escalón orientado hacia atrás es un modelo idealizado de estas condiciones de flujo; el objetivo era entender el impacto de la reología no newtoniana de la sangre en la modelización de este flujo. Las simulaciones de flujo de fluidos con adelgazamiento por cizallamiento y newtonianos se compararon para números de Reynolds (Re) que cubren el rango completo de flujo laminar, transicional y turbulento por primera vez. Se evaluaron tanto las simulaciones de Navier-Stokes promediadas por Reynolds no estacionarias (k- SST) como las simulaciones de grandes remolinos de Smagorinsky (LES); solo las LES predijeron correctamente las tendencias en la longitud de la zona de recirculación para todos los Re. La transición turbulenta se evaluó mediante varios criterios, revelando una imagen compleja. Los parámetros turbulentos instantáneos, como la velocidad, indicaron una transición retrasada: Re = 1600 frente a Re = 2000, para las transiciones newtonianas y de adelgazamiento por cizallamiento, respectivamente. Por el contrario, al utilizar un Re definido en función de la viscosidad promedio espacial, el modelo de adelgazamiento por cizallamiento transitó por debajo del newtoniano. Sin embargo, la longitud de la zona de recirculación, un parámetro de flujo medio, no indicó ninguna diferencia en el Re transicional entre los dos. Este trabajo muestra que una reología de adelgazamiento por cizallamiento puede explicar la transición retrasada para la sangre completa observada en datos experimentales publicados, pero este retraso no es toda la historia. Los resultados muestran que, para modelar con precisión el flujo sanguíneo transicional y así permitir el diseño de dispositivos cardiovasculares avanzados, es esencial incorporar la reología de adelgazamiento por cizallamiento y modelar explícitamente los remolinos turbulentos.