Влияние энергии активации и переменных свойств на перистальтический поток через пористый стеночный канал

Aug 21, 2023

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 3219 (2023) Цитировать эту статью

661 Доступов

1 Цитаты

Подробности о метриках

В настоящем исследовании обсуждается перистальтический поток жидкости Джеффри через пористый канал в стенке. При постановке задачи также учитываются магнитогидродинамические (МГД) эффекты. Обсуждаются тепло- и массопереносы при наличии энергии активации и постоянных эффектов источника/поглотителя тепла. Химическая реакция также является частью анализа. Подход смазки принят для упрощения результирующих нелинейных уравнений. Команда MATHEMATICA, NDSolve, используется для графического обсуждения результатов для различных параметров потока, таких как число Хартмана \((M)\), параметр пористости \((k)\), параметры скольжения (\(\gamma ,{\gamma }_ {1},{\gamma }_{2}\)), числа Шмидта \((Sc)\), Соре \((Sr)\) и Прандтля \((Pr)\) и многие другие. Замечен параболический характер скорости и синусоидальный характер теплопередачи и градиента давления. Результаты показывают, что на скорость сильно влияют различные значения параметров скольжения (γ's) и числа Хартмана \((H)\). Повышение вязкоупругой природы жидкости приводит к увеличению скорости. Аналогичное поведение наблюдается для профилей скорости и температуры. Тенденцию к снижению демонстрирует концентрация при повышении значения параметров химической реакции и соотношения температур. Таким образом, исследование, представленное в настоящем анализе, может быть использовано для изучения многих физиологических систем человека, особенно кровотока. Поскольку жидкость Джеффри обладает теми же характеристиками, что и кровь.

Математическое моделирование применяется в биомеханике для исследования физиологических систем. Биожидкостная механика — раздел биомеханики, раскрывающий кинематику и динамику жидкостей организма живых существ. Достижения в области механики биожидкостей позволяют ученым изучать поток жидкости в кровеносных сосудах, дыхательные пути, лимфатическую систему, желудочно-кишечный тракт, мочевыводящие пути и многие другие. Недавние исследования раскрывают клинические применения, такие как искусственные органы, продвижение сосудистых сосудов, проектирование медицинских инструментов, создание мембран для ортопедии и многое другое. Аналогичные процессы потока биожидкостей можно наблюдать в различных ситуациях в организме человека, среди которых важнейшим является перистальтика, и их можно рассматривать как основу для настоящего исследования. Основная цель перистальтики — перемещение жидкостей через трубчатую структуру без необходимости создания общей разницы давления. Термин «перистальтика» происходит от греческого слова peristaltilkos, что означает «сжимание и сжатие». Согласно Мерриам-Вебстеру1, перистальтика — это последовательные волны непроизвольного сокращения, проходящие вдоль стенок полой мышечной структуры и выталкивающие содержимое вперед. Механизм перистальтики человеческого организма начинает работать после того, как пища была пережевана, проглочена комком и прошла через пищевод. Чтобы комок не вернулся обратно ко рту, гладкие мышцы позади него сокращаются. Впервые это было описано Бэйлиссом и Старлингом как своего рода моторика, при которой происходит сокращение вверху и расслабление внизу. Промышленное применение перистальтической перекачки используется в различных приложениях, включая обмен стерильных жидкостей, перекачку крови в аппаратах искусственного кровообращения, транспортировку внутриклеточных и опасных жидкостей для предотвращения их попадания в окружающую среду и т. д. Примечательное современное использование перистальтической перекачки можно увидеть в проектировании. роликовые насосы, которые используются во избежание контакта жидкости с насосным оборудованием. Перистальтический транспорт в вязких жидкостях был впервые описан Лэтэмом3 в 1966 году. Это исследование было дополнительно расширено Шапиро и др.4.

На самом деле не каждая жидкость обладает характеристиками ньютоновской жидкости. Поэтому мы включаем в наше обсуждение неньютоновские жидкости. Однако, если говорить реалистично, сложные жидкости, такие как пищевые комки, проходящие через пищевод, моча, проходящая через мочеточник, или химус, пересекающий желудочно-кишечный тракт, не соответствуют принципам вязкости Ньютона. В результате ни одно материальное соотношение не может предсказать характеристики всех жидкостей. В ответ на эту проблему был предложен ряд конститутивных моделей для определения свойств неньютоновских жидкостей. Уравнения течения суспензий пигментных масел, используемых в жидкости для печатных красок, были расширены Кассоном5. Теорию микрополярной жидкости изложил Эринген6, который также тщательно исследовал такие особенности, как парные напряжения, пары тел, микровращение и микроинерционные эффекты. Теория микрожидкостей, частным примером которой является микрополярная, была впервые представлена ​​Эрингеном6. Среди всех этих моделей жидкость Джеффри, обладающая как расслабляющими, так и замедляющими свойствами, является сравнительно одним из самых простых типов вязкоупругой жидкости. Потому что жидкость Джеффри может прогнозировать эффекты времени релаксации/замедления, которые имеют решающее значение для анализа вязкоупругих свойств в полимерной промышленности и физиологических системах человека. Раманамурти и др.7 исследовали перистальтический поток вязкой жидкости через двумерный изогнутый канал. Их основная цель – анализ нестационарного характера течения. Надим и др.8 выполнили эндоскопический анализ жидкости Прандтля как в фиксированной, так и в волновой системе отсчета. Они рассмотрели влияние волн различной формы на эндоскоп. Степенное течение жидкости через цилиндрическую трубку исследовали Садеги и Талаб9. Результаты указывают на увеличение потока жидкости из-за высоких значений степенного индекса. Tripathi и соавт.10 разработали математическую модель для обсуждения кишечного кровотока с использованием неньютоновской жидкости двойной вязкости. Их исследование помогает лучше понять гидродинамику желудка. Осесимметричное течение жидкости Бингама в цилиндрической геометрии исследовали Фузи и Фарина11. Рамеш и Девакер12 смоделировали проблему эндоскопа, чтобы обсудить ее применение в биомедицине. Они использовали пару стрессовых жидкостей для моделирования физиологической жидкости. Применение перистальтики для движения химуса в желудочно-кишечном тракте можно увидеть у Vaidya et al.13. Их исследование показывает возрастающее влияние переменной вязкости на размер болюса. В кульминации вышеупомянутой литературы мы можем наблюдать реальное применение потока неньютоновской жидкости в медицине и промышленности.