[论文解读] MHD Pulsatile Two-Phase Blood Flow Through a Stenosed Artery with Heat and Mass Transfer

Bhavya Tripathi, B. K. Sharma+1 more|arXiv (Cornell University)|May 27, 2017

Nanofluid Flow and Heat Transfer参考文献 12被引用 5

一句话总结

本研究探讨了在存在热传导与质量传递的情况下，狭窄动脉中磁流体动力学（MHD）脉动双相血液流动，将血液建模为内核与血浆区域均为牛顿流体。速度、温度和浓度分布的精确解表明，磁场强度增加会降低血流速率并增强血流阻力，而辐射和化学反应则显著抑制温度与浓度，为心血管治疗中的磁疗与辐射疗法提供了新见解。

ABSTRACT

In this paper, effects of heat and mass transfer on two-phase pulsatile blood flow through a narrowed stenosed artery with radiation and the chemical reaction have been investigated. A vertical artery is assumed in which magnetic field is applied along the radial direction of the artery. The characteristics of blood in narrow arteries are analyzed by considering blood as Newtonian fluid in both core as well as in plasma regions. Exact solutions have been found for velocity, energy and concentration equations of the blood flow. To understand the behavior of blood flow, graphs of the velocity profile, wall shear stress, flow rate, flow impedance and concentration profile have been portrayed for different values of the magnetic and radiation parameter. In order to validate our result, a comparative study has been presented between the single-phase and two-phase model of the blood flow and it is observed that the two-phase model fits more accurately with the experimental data than the single phase model. For pulsatile flow, the phase difference between the pressure gradient and flow rate has been displayed with magnetic field parameter and height of the stenosis. Contour plots have been plotted for 10%, 20% and 30% case of an arterial blockage.

研究动机与目标

• 分析磁场、辐射和化学反应对狭窄动脉中脉动双相血液流动的影响。
• 将血液建模为具有明显内核（红细胞富集）与血浆区域的双相系统，以提高生理准确性。
• 在MHD与热力条件下，推导速度、温度和浓度分布的精确解析解。
• 通过实验数据验证双相模型，并与单相模型进行比较。
• 研究狭窄程度与磁场对压力梯度与血流速率之间相位差的影响。

提出的方法

• 构建双相模型，假设内核与血浆区域均为牛顿流体，且动脉垂直，存在径向磁场。
• 在柱坐标系中，利用贝塞尔函数，通过精确解析方法求解纳维-斯托克斯方程、能量方程与物种浓度方程。
• 引入磁场产生的洛伦兹力，通过普莱特数表征辐射效应，通过施密特数引入化学反应项。
• 在血管壁及内核与血浆区域界面处施加边界条件，以确定速度、温度与浓度分布。
• 使用等高线图可视化在10%、20%与30%狭窄程度下的流动行为。
• 对双相模型与单相模型进行对比分析，以实验数据验证其准确性。

实验结果

研究问题

• RQ1 磁场如何影响狭窄动脉中脉动双相血液流动的速度、血管壁剪切应力与血流阻力？
• RQ2 辐射与化学反应对血液流动中温度与浓度分布有何影响？
• RQ3 普莱特数与施密特数如何影响双相系统中的传热与传质？
• RQ4 在不同磁场强度与狭窄程度下，压力梯度与血流速率之间的相位差如何变化？
• RQ5 双相模型在预测实验测得的细胞速度分布方面，相较于单相模型表现如何？

主要发现

• 磁场参数增大导致血流速率降低，血流阻力增加，表明血液流动受阻加剧。
• 辐射参数显著降低内核与血浆区域的温度，提示在高热疗治疗中具有热调节潜力。
• 化学反应参数因增强分子扩散性而抑制浓度分布，降低流动中溶质浓度。
• 普莱特数与施密特数分别降低温度与浓度分布，表明随着数值增大，传热与传质受到抑制。
• 双相模型在40%红细胞压积血液情况下的实验数据拟合优于单相模型，验证了其准确性。
• 随着磁场强度与狭窄程度增加，压力梯度与血流速率之间的相位差减小，表明血流动力学特性发生改变。