[논문 리뷰] Herschel-Bulkley fluid flow through narrow tubes

Santhosh Nallapu, G. Radhakrishnamacharya|arXiv (Cornell University)|2014. 03. 30.

Nanofluid Flow and Heat Transfer인용 수 2

한 줄 요약

이 연구는 좁은 관에서의 제피어 유체 흐름을 위한 이유체 모델을 제안하며, 핵심은 제피어 유체이고 외곽은 뉴턴 유체인 구조를 가짐. 속도, 유효 점도, 적혈구 함량 분포에 대한 해석적 표현을 유도함. 주요 발견은 유효 점도가 제피어 매개변수 증가에 따라 감소하지만, 관의 적혈구 함량과 반지름 증가에 따라 증가하며, 핵심 적혈구 함량은 이들 매개변수의 증가에 따라 감소함. 이는 이례적인 파우헤우스-린드퀴스트 효과를 보여줌.

ABSTRACT

The present paper deals with a two-fluid model for the flow of Jeffrey fluid in tubes of small diameters. It is assumed that the core region consists of Jeffrey fluid and Newtonian fluid in the peripheral region. Analytical expressions for velocity, effective viscosity, core hematocrit and mean hematocrit have been derived. The effects of various parameters, namely, Jeffrey parameter ({\lambda}1), tube hematocrit (H0) and tube radius (a) on effective viscosity, core hematocrit and mean hematocrit have been studied. It is found that the effective viscosity decreases as the Jeffrey parameter increases but increases with tube hematocrit and tube radius. Further, the core hematocrit decreases with Jeffrey parameter, tube hematocrit and tube radius. It is also noticed that the flow exhibits the anomalous Fahraeus-Lindquist effect.

연구 동기 및 목표

• 작은 지름의 관에서 뉴턴 유체 외곽층을 가진 이유체 모델링을 통해 제피어 유체의 흐름을 모델링함.
• 축방향 속도, 유효 점도, 핵심 적혈구 함량, 평균 적혈구 함량에 대한 해석적 표현 유도.
• 제피어 매개변수(λ₁), 관의 적혈구 함량(H₀), 관 반지름(a)이 흐름 특성에 미치는 영향을 조사함.
• 이 두 유체 체계에서 이례적인 파우헤우스-린드퀴스트 효과가 발생하는지 검토함.

제안 방법

• 핵심 영역은 제피어 유체, 외곽층은 뉴턴 유체인 이유체 모델을 수립함.
• 축대칭 흐름에 적합한 경계 조건 하에서 운동량 및 연속 방정식을 해결함.
• 축방향 속도, 유효 점도, 핵심 적혈구 함량, 평균 적혈구 함량에 대한 해석적 해를 유도함.
• λ₁, H₀, a의 영향을 분석하기 위해 무차원 매개변수를 사용함.
• 관 반지름에 따른 적혈구 함량 변화 분석을 통해 파우헤우스-린드퀴스트 효과 평가함.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 제피어 매개변수 λ₁는 좁은 관 흐름에서 유효 점도에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ2 관의 적혈구 함량(H₀)과 관 반지름(a)은 핵심 및 평균 적혈구 함량에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ3 이 두 유체 체계는 미세혈관에서의 파우헤우스-린드퀴스트 효과에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 유효 점도는 λ₁ 증가에 따라 감소하는가? H₀와 a에 따라 어떻게 변화하는가?
• RQ5 이 모델에서 이례적인 파우헤우스-린드퀴스트 효과가 발생하는 조건은 무엇인가?

주요 결과

• 제피어 매개변수 λ₁ 증가에 따라 유효 점도가 감소하며, 핵심 유체의 유연성이 높아짐에 따라 유동 저항이 감소함을 나타냄.
• 유효 점도는 관의 적혈구 함량(H₀)과 관 반지름(a) 증가에 따라 증가하며, 더 큰 또는 더 농축된 관에서는 저항이 더 큼.
• 핵심 적혈구 함량은 λ₁, H₀, 관 반지름 증가에 따라 감소하며, 이러한 조건에서 핵심 영역의 세포 농도가 감소함.
• 이 모델은 이례적인 파우헤우스-린드퀴스트 효과를 나타내며, 관 반지름 감소에도 불구하고 핵심 영역의 적혈구 함량이 감소함.
• 이중 유체 모델은 실험 관찰과 일치하는 비단조화적 적혈구 함량 행동을 성공적으로 기록함.