Estudios Experimentales y Computacionales del Flujo Peristáltico en un Modelo Duodenal
Autores: Palmada, Nadun; Cater, John E.; Cheng, Leo K.; Suresh, Vinod
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2022
Acceso abierto
Artículo científico
2022
Estudios Experimentales y Computacionales del Flujo Peristáltico en un Modelo Duodenal
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Flujo peristáltico
Duodeno
Velocimetría de imágenes de partículas
Dinámica de fluidos computacional
Campo de vorticidad
Tasas de cizallamiento
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
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Citaciones: Sin citaciones
Estudiamos el flujo peristáltico en un tubo flexible en forma de C que representa la primera sección del intestino delgado: el duodeno. Se creó un modelo de banco que consiste en un tubo de silicona lleno de una mezcla de glicerol y agua deformado por un rodillo rotatorio. Se utilizó la velocimetría de imágenes de partículas (PIV) para obtener imágenes de los patrones de flujo para deformaciones que aproximan las condiciones en el duodeno (amplitud de contracción del 34% y velocidad de onda de 13 mm/s). Se observó flujo inverso debajo del rodillo, con el fluido moviéndose en dirección opuesta a la propagación de la onda peristáltica. Las deformaciones del tubo fueron capturadas en imágenes y se utilizaron para construir un modelo de dinámica de fluidos computacional (CFD) de flujo con límites móviles. Los campos de vorticidad y velocidad de PIV y CFD fueron cualitativamente similares. El campo de vorticidad se integró sobre la región de imagen para calcular la circulación total y hubo, en promedio, una diferencia del 22% en la circulación total entre los resultados experimentales y numéricos. Se observaron tasas de cizallamiento más altas con agua en comparación con los fluidos de mayor viscosidad. Este modelo es una herramienta útil para estudiar el efecto de las propiedades del quimo, las variaciones anatómicas y los patrones de contracción peristáltica en la mezcla y el transporte en el duodeno en salud y enfermedad.
Descripción
Estudiamos el flujo peristáltico en un tubo flexible en forma de C que representa la primera sección del intestino delgado: el duodeno. Se creó un modelo de banco que consiste en un tubo de silicona lleno de una mezcla de glicerol y agua deformado por un rodillo rotatorio. Se utilizó la velocimetría de imágenes de partículas (PIV) para obtener imágenes de los patrones de flujo para deformaciones que aproximan las condiciones en el duodeno (amplitud de contracción del 34% y velocidad de onda de 13 mm/s). Se observó flujo inverso debajo del rodillo, con el fluido moviéndose en dirección opuesta a la propagación de la onda peristáltica. Las deformaciones del tubo fueron capturadas en imágenes y se utilizaron para construir un modelo de dinámica de fluidos computacional (CFD) de flujo con límites móviles. Los campos de vorticidad y velocidad de PIV y CFD fueron cualitativamente similares. El campo de vorticidad se integró sobre la región de imagen para calcular la circulación total y hubo, en promedio, una diferencia del 22% en la circulación total entre los resultados experimentales y numéricos. Se observaron tasas de cizallamiento más altas con agua en comparación con los fluidos de mayor viscosidad. Este modelo es una herramienta útil para estudiar el efecto de las propiedades del quimo, las variaciones anatómicas y los patrones de contracción peristáltica en la mezcla y el transporte en el duodeno en salud y enfermedad.