赤血球懸濁液の後方向けステップの流れにおける壁せん断応力

後方向けステップの下流の壁せん断応力分布の実験的調査が実施されます。壁のせん断応力分布は、ステップの下流の壁に取り付けられたゲル層の変形を測定することによって決定されました。スペックルパターン干渉法を適用して、ゲル層の変形を測定しました。ゲル層の特性と組み合わされた測定された変形は、ゲル層の応力分布を決定するための有限要素ソリッドメカニック計算の入力として機能しました。ゲル層の測定された変形を生成するために必要な壁せん断応力は、これらの計算から決定されました。ニュートン緩衝液と非ニュートン赤血球懸濁液を測定液として使用しました。ゲル層の変形は、メソッドを評価し、ゲル層の特性を取得するために、ニュートンバッファーソリューションのために決定されました。その後、非ニュートン赤血球懸濁液の壁せん断応力分布は、3つの異なる流量で決定されました。非弾性非ニュートンカロウヤスダモデルは、赤血球懸濁液の構成モデルとして機能しました。このモデルを使用して、速度と壁のせん断応力分布は、有限要素流体力学計算によって計算されました。数値結果と実験結果の比較から、赤血球懸濁液によって誘導される壁せん断応力は、Carreau-Yasudaモデルを使用することで正確にモデル化できると結論付けることができます。

An experimental investigation of the wall shear stress distribution downstream of a backward-facing step is carried out. The wall shear stress distribution was determined by measuring the deformation of a gel layer, attached to the wall downstream of the step. Speckle pattern interferometry was applied to measure the deformation of the gel layer. The measured deformation, combined with the properties of the gel layer, served as an input for a finite element solid mechanics computation to determine the stress distribution in the gel layer. The wall shear stress, required to generate the measured deformation of the gel layer, was determined from these computations. A Newtonian buffer solution and a non-Newtonian red blood cell suspension were used as measuring fluids. The deformation of the gel layer was determined for a Newtonian buffer solution to evaluate the method and to obtain the properties of the gel layer. Subsequently, the wall shear stress distribution for the non-Newtonian red blood cell suspension was determined for three different flow rates. The inelastic non-Newtonian Carreau-Yasuda model served as constitutive model for the red blood cell suspension. Using this model, the velocity and wall shear stress distribution were computed by means of a finite element fluid mechanics computation. From the comparison between the numerical and the experimental results, it can be concluded that wall shear stresses, induced by the red blood cell suspension, can be modeled accurately by employing a Carreau-Yasuda model.