شبيه‌سازي عددي جريان غيرنيوتني خون در مدل سه‌بعدي دوشاخگي با يك شاخه غيرمسطح با گرفتگي موضعي

Numerical Simulation of Non-Newtonian Blood Flow in A Three-Dimensional Non-Planar Bifurcation with Stenosis

در پژوهش حاضر، شبيه‌سازي عددي عبور جريان دائمي خون در مدل دوشاخگي غيرصفحه‌اي با سه شدت گرفتگي ملايم (%20)، متوسط (%50) و شديد (%80) انجام‌شده است. در اين تحقيق، اثر روان‌شدگي برشي خون با مدل كرئو-ياسودا شبيه‌سازي‌ و از خواص ويسكوپلاستيك آن صرف نظر شده است. همچنين دو هندسه‌ي هم‌مركز و خارج از مركز براي گرفتگي در نظر گرفته‌شده است. نتايج بدست آمده از اين مقاله نشان مي‌دهد كه لزجت غيرنيوتني در مقايسه با لزجت نيوتني، تفاوت‌هاي قابل توجهي در خطوط جريان ثانويه داشته و روان‌شدگي برشي به نحوي در خطوط جريان ثانويه تأثير‌ ‌گذاشته بطوري كه گردابه‌ها در مقطع مياني گرفتگي و پس از آن يا تشكيل نشده‌ يا اندازه‌ي كوچكتري داشته‌اند. همچنين، سرعت محوري در شاخه‌ي غيرمسطح با افزايش درصد گرفتگي، كاهش يافته و در نهايت، حداكثر تنش برشي ديواره‌اي با لزجت نيوتني در قياس با لزجت غيرنيوتني، خطاي قابل توجهي داشته و مقادير تخمين زده‌شده توسط آن در اكثر موارد كمتر از لزجت غيرنيوتني بوده است. اين اختلاف تا %37 براي يك گرفتگي با شدت %80 نيز مي‌رسد. همچنين، تغييرات سرعت و نرخ برش ناشي از عبور گرفتگي، سبب مي‌شود تا مدل‌سازي لزجت غيرنيوتني نقش مهمي را در تعيين خطوط جريان و اندازه سرعت ايفا نمايد. به علاوه، با افزايش درصد گرفتگي، اثر انحناي رگ كه موجب انحراف ميدان سرعت به ديواره بيروني مي‌شود كاهش مي‌يابد.

n the present study, numerical simulation of the steady blood flow through the carotid artery with a non-planar geometry model and considering mild (20%), moderate (50%), and severe (80%) occlusion was performed. In this research, the shear-thinning behavior of the blood fluid is incorporated by the Carreau–Yasuda model, and the viscoplasticity of blood was ignored. Furthermore, concentric and eccentric geometries were considered for stenosis. By comparing the non-Newtonian and Newtonian viscosity results, significant differences were found in the secondary flow lines. Shear-thinning behavior affects the secondary flow lines so that the vortices are either not formed or are smaller in size in the middle of the stenosis and subsequent sections. Moreover, axial velocity profiles in the non-planar branch decreased by increasing stenosis percentage, and in estimating the maximum wall shear stress, the Newtonian model had a significant error compared to the non-Newtonian one, and the estimated values by the Newtonian model were less than the non-Newtonian in most cases (up to 37% for an 80% stenosis). In addition, variation of velocity and shear rate caused by stenosis reveals the importance of the non-Newtonian model in calculating streamlines and velocity magnitudes. Plus, as the percentage of stenosis increased, the vessel's curvature effect, which causes the velocity field to deviate to the inner wall, decreased.