[논문 리뷰] MHD blood flow and heat transfer through an inclined porous stenosed artery with variable viscosity

Bhavya Tripathi, B. K. Sharma|arXiv (Cornell University)|2016. 10. 11.

Nanofluid Flow and Heat Transfer참고 문헌 8인용 수 6

한 줄 요약

이 연구는 적혈구 함량에 의해 반경 방향으로 변화하는 점성도를 가지는 경사지며 다공성, 혈류성 혈관에서의 전자기유체역학(MHD) 혈류 및 열전달을 조사한다. 경사진 혈관에서의 약한 혈류성 조건을 가정하여, 동반된 비선형 운동량 및 에너지 방정식을 해석적으로 풀기 위해 동역학적 편미분법(HPM)을 사용한다. 그 결과, 자기장 강도가 증가할수록 레온르트력에 의해 유속이 감소하는 것으로 나타났으며, 경사각이 클수록 유량은 증가하지만 온도 분포는 감소하는 것으로 밝혀졌다.

ABSTRACT

In this article, effects of heat transfer on MHD blood flow through a stenosed inclined porous artery with heat source have been investigated. The viscosity of the blood is assumed to be varying radially with hematocrit throughout the region of the artery. Governing equations have been derived by treating blood as incompressible magnetohydrodynamic (MHD) Newtonian fluid. Momentum and energy equations of the fluid flow are simplified under the assumption of mild stenosis. Homotopy perturbation method (HPM) is used to solve nonlinear differential equations for velocity and temperature profiles of the blood flow. Variation of flow rate and shear stress for different values of inclination angle and hematocrit parameter along the diseased part of artery have been plotted graphically. For having the adequate insight of the flow pattern in the diseased artery, velocity contours have been plotted for different values of the height of the stenosis and for different inclination angles of the artery.

연구 동기 및 목표

• 경사지며 다공성, 혈류성 혈관에서 점성도의 변화가 MHD 혈류에 미치는 영향을 분석하기 위해.
• 질병 상태의 혈관에서 열원과 자기장이 온도 및 유속 분포에 미치는 영향을 조사하기 위해.
• 약한 혈류성 및 다공성 매체 조건 하에서 혈액을 점성도가 변하는 비압축성 뉴턴 유체로 모델링하기 위해.
• 비선형 운동량 및 에너지 방정식의 해석적 해를 구하기 위해 동역학적 편미분법(HPM)을 적용하기 위해.
• 다양한 생리학적 매개변수 하에서 벽면 마찰력 및 유량과 같은 순환계 영향을 평가하기 위해.

제안 방법

• 원통형 다공성 경사진 혈류성 혈관 내에서 비압축성, 점성도가 변하는 뉴턴 유체로 혈액을 모델링하기 위해.
• 약한 혈류성 근사 조건 하에서 축대칭, 정 steady 상태 운동량 및 에너지 방정식 유도하기 위해.
• 적혈구 함량에 의존하는 함수적 의존성에 기반한 반경 방향 점성도 변화 포함하기 위해.
• 운동량 방정식에 중력 및 자기장 효과에 의한 레온르트력으로 인한 체력 포함하기 위해.
• 열원 조건을 시뮬레이션하기 위해 에너지 방정식에 열원 항 포함하기 위해.
• 유속 및 온도 분포에 대한 비선형 미분방정식의 쌍방정식을 해석적으로 풀기 위해 동역학적 편미분법(HPM) 적용하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 점성도가 변하는 경사지며 다공성 혈류성 혈관에서 자기장 매개변수는 유속 및 온도 분포에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ2 혈관의 경사각은 혈류량과 온도 분포에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 적혈구 함량 변화로 인한 점성도 변화는 혈류성 영역에서의 유속 및 벽면 마찰력에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ4 열원 매개변수는 혈관 유동 영역의 온도 분포에 얼마나 큰 영향을 미치는가?
• RQ5 다공성 및 자기장 매개변수의 조합은 질병 상태의 혈관 세그먼트에서 순환계 행동에 어떻게 영향을 미치는가?

주요 결과

• 자기장 매개변수 증가에 따라 레온르트력에 의해 유속이 감소하며, 이는 수술 중 유량 제어에 중요한 영향을 미친다.
• 혈관의 경사각 증가에 따라 유량은 증가하지만 중력 및 유동 역학적 영향으로 인해 온도 분포는 감소한다.
• 높은 적혈구 함량은 혈액 점성도를 증가시키고 유속을 감소시키며, 혈류성 부위에서 벽면 마찰력을 증가시킨다.
• 열원 매개변수는 온도 분포를 크게 상승시키며, 높은 값은 높은 혈액 온도를 초래하여 고열 요법에 관련된다.
• 유속 등고선도에 따르면 혈류성 높이가 증가할수록 유속이 감소하며, 특히 협착 부위에서 더 두드러진 영향을 미친다. 이는 경사각이 클수록 더욱 뚜렷하다.
• 높은 적혈구 함량에 따라 혈관 벽면의 마찰력이 증가하여 높은 적혈구 농도 상태에서 더 큰 순환계 스트레스가 발생함을 나타낸다.