非平面枝を持つ分岐モデルにおける非ニュートン血流の数値調査

非平面娘枝を持つ分岐モデルの非ニュートン流体の流れは、有限要素法を使用して、非ニュートン構成モデルと組み合わせた3次元のナビエストークス方程式を解くために調査されます。血液液は、Carreau-Yasudaモデルによって組み込まれています。この研究の目的は、壁のせん断応力（WSS）および流量現象に対する非平面娘船の液体の非ニュートン特性、および湾曲および平面外の幾何学の影響を調査することです。非平面娘の船では、流れは外壁に向かって速度プロファイルの歪みによって代表され、内壁に比較的低いWSSが作成されます。分岐の下流では、速度プロファイルは流れ分割にシフトされます。低WSSは、曲率の内壁と分岐の外側壁に見られます。曲率の内壁から容器の中央の外壁に流体を渦巻く二次流パターンも、曲線と分岐する血管についてよく文書化されています。非ニュートン液と元のレイノルズ数を備えたニュートン液の数値結果と、対応する再スケーリングされたレイノルズ数が示されています。非ニュートンの流れとニュートンの流れの有意差が明らかになりました。ただし、非ニュートンの流れと改良されたニュートンの流れとの間の合理的な一致が見つかりました。この研究の結果は、血管の非平面性と血液の非ニュートン特性が血行動態の重要な要因であり、血管生物学および病態生理学において重要な役割を果たす可能性があるという見解を支持しています。

The non-Newtonian fluid flow in a bifurcation model with a non-planar daughter branch is investigated by using finite element method to solve the three-dimensional Navier-Stokes equations coupled with a non-Newtonian constitutive model, in which the shear thinning behavior of the blood fluid is incorporated by the Carreau-Yasuda model. The objective of this study is to investigate the influence of the non-Newtonian property of fluid as well as of curvature and out-of-plane geometry in the non-planar daughter vessel on wall shear stress (WSS) and flow phenomena. In the non-planar daughter vessel, the flows are typified by the skewing of the velocity profile towards the outer wall, creating a relatively low WSS at the inner wall. In the downstream of the bifurcation, the velocity profiles are shifted towards the flow divider. The low WSS is found at the inner walls of the curvature and the lateral walls of the bifurcation. Secondary flow patterns that swirl fluid from the inner wall of curvature to the outer wall in the middle of the vessel are also well documented for the curved and bifurcating vessels. The numerical results for the non-Newtonian fluid and the Newtonian fluid with original Reynolds number and the corresponding rescaled Reynolds number are presented. Significant difference between the non-Newtonian flow and the Newtonian flow is revealed; however, reasonable agreement between the non-Newtonian flow and the rescaled Newtonian flow is found. Results of this study support the view that the non-planarity of blood vessels and the non-Newtonian properties of blood are an important factor in hemodynamics and may play a significant role in vascular biology and pathophysiology.