다공성 벽 채널을 통한 연동 흐름에 대한 활성화 에너지 및 가변 특성의 영향

Aug 21, 2023

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 3219(2023) 이 기사 인용

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현재 연구에서는 다공성 벽 채널을 통한 Jeffrey 유체의 연동 흐름에 대해 논의합니다. 문제를 공식화하는 동안 자기유체역학(MHD) 효과도 고려됩니다. 열과 물질 전달은 활성화 에너지와 일정한 열원/흡수 효과가 있는 상태에서 논의됩니다. 화학 반응도 분석의 일부입니다. 결과적인 비선형 방정식을 단순화하기 위해 윤활 접근 방식이 채택되었습니다. MATHEMATICA 명령인 NDSolve는 Hartman 수 \((M)\), 다공성 매개변수 \((k)\), 슬립 매개변수(\(\gamma ,{\gamma }_)와 같은 다양한 흐름 매개변수에 대한 결과를 그래픽으로 논의하는 데 사용됩니다. {1},{\gamma }_{2}\)), Schmidt \((Sc)\), Soret \((Sr)\) 및 Prandtl \((Pr)\) 번호 및 기타 여러 가지. 열 전달 및 압력 구배에 대한 속도 및 정현파 특성에 대한 포물선 동작이 나타납니다. 결과는 속도가 슬립 매개변수(γ's) 및 Hartman 수 \((H)\)의 다양한 값에 의해 크게 영향을 받는다는 것을 나타냅니다. 유체의 점탄성을 강화하면 속도가 증가합니다. 속도 및 온도 프로파일에서도 유사한 동작이 나타납니다. 화학반응과 온도비 매개변수의 값이 증가할 때 농도별로 감소 추세를 나타냅니다. 따라서 현재 분석에서 제시된 연구는 많은 인간 생리 시스템, 특히 혈류를 연구하는 데 사용될 수 있습니다. Jeffrey의 체액은 혈액에서 관찰된 것과 동일한 특성을 나타내기 때문입니다.

수학적 모델링은 생리학적 시스템을 조사하기 위해 생체역학에 사용됩니다. 생체유체역학은 생명체의 체액의 운동학과 역동성을 밝히는 생체역학의 한 분야입니다. 생체유체 역학의 발전으로 과학자들은 혈관 액체 흐름, 호흡기, 림프계, 위장관, 요로 및 기타 다양한 분야를 연구할 수 있습니다. 최근 조사에서는 인공 장기, 혈관 발전, 의료 기기 설계, 정형외과용 재료 막 제작 등과 같은 임상 응용이 공개되었습니다. 생체액 흐름의 유사한 과정은 인체 내의 다양한 상황에서 볼 수 있으며 그 중 대표적인 것이 연동운동이며 현재 연구의 기초로 볼 수 있습니다. 연동 운동의 주요 목적은 전체적인 압력 차이 없이 관형 구조를 통해 유체를 이동시키는 것입니다. 연동운동(peristalsis)이라는 용어는 "압축하고 꽉 쥐다"를 의미하는 그리스어 peristaltilkos에서 유래되었습니다. Merriam-Webster의1에 따르면 연동 운동은 속이 빈 근육 구조의 벽을 따라 전달되고 내용물을 앞으로 밀어내는 연속적인 불수의 수축 파동입니다. 인체의 연동 메커니즘은 음식을 씹고, 덩어리로 삼킨 후, 식도를 통과한 후에 작동하기 시작합니다. 덩어리가 입쪽으로 다시 이동하는 것을 방지하기 위해 덩어리 뒤의 평활근이 수축됩니다. 처음에는 Bayliss와 Starling2에 의해 위쪽에는 수축이 있고 아래쪽에는 이완이 있는 일종의 운동성으로 설명되었습니다. 연동 펌핑의 산업적 응용은 멸균 유체 교환, 심장 폐 기계의 혈액 펌프, 인터네신 및 위험한 액체의 운송을 포함하여 주변 환경에 영향을 미치지 않도록 하는 등 다양한 응용 분야에서 활용됩니다. 연동 펌핑의 주목할만한 현대적 사용은 설계에서 볼 수 있습니다. 펌핑 장비와 유체의 접촉을 방지하는 데 사용되는 롤러 펌프. 점성 액체의 연동 수송은 1966년 Latham3에 의해 처음 소개되었습니다. 이 연구는 Shapiro et al.4에 의해 더욱 확장되었습니다.

사실 모든 유체가 뉴턴 유체의 특성을 갖고 있는 것은 아닙니다. 따라서 우리는 논의에 비뉴턴 유체를 포함시킵니다. 그러나 현실적으로 말하면 식도를 통해 이동하는 음식물 덩어리, 요관을 통과하는 소변 또는 위장관을 통과하는 유미즙과 같은 복잡한 유체는 뉴턴의 점성 원리를 따르지 않습니다. 결과적으로 단일 구성 관계로는 모든 유체의 특성을 예측할 수 없습니다. 이 문제에 대응하여 비뉴턴 유체의 특성을 식별하기 위해 수많은 구성 모델이 제안되었습니다. 인쇄 잉크 유형 유체에 사용되는 안료 오일 현탁액의 흐름에 대한 방정식은 Casson5에 의해 확장되었습니다. 미세극성유체 이론은 Eringen6에 의해 다루어졌는데, 그는 짝응력, 몸체 짝, 미세 회전, 미세 관성 효과와 같은 특징을 철저히 조사했습니다. 미세 극성이 구체적인 사례인 미세 유체 이론은 Eringen6에 의해 처음으로 제시되었습니다. 이러한 모든 모델 중에서 이완 및 지연 특성을 모두 갖고 있는 Jeffrey 유체는 비교적 간단한 유형의 점탄성 유체 중 하나입니다. Jeffrey Fluid는 이완/지연 시간 효과를 예측할 수 있기 때문에 이는 폴리머 산업 및 인간 생리학적 시스템의 점탄성 특성 분석에 중요합니다. Ramanamurthy et al.7은 2차원 곡선 채널을 통한 점성 유체의 연동 흐름을 조사했습니다. 그들의 주요 목표는 흐름의 불안정한 특성을 분석하는 것입니다. Nadeem 등8은 고정 및 파동 기준 프레임 모두에서 Prandtl 액체의 내시경 분석을 수행했습니다. 그들은 내시경에 대한 다양한 파동 형태의 영향을 다루었습니다. 원통형 튜브를 통한 거듭제곱 유체 흐름은 Sadeghi와 Talab9에 의해 검사되었습니다. 결과는 거듭제곱 법칙 지수의 높은 값으로 인해 유체 흐름이 향상되었음을 나타냅니다. Tripathi 등10은 이중점도 비뉴턴 유체를 사용하여 장의 흐름을 논의하기 위한 수학적 모델을 개발했습니다. 그들의 연구는 위유체역학을 더 잘 이해하는 데 도움이 됩니다. 원통형 기하학을 통한 Bingham 유체의 축대칭 흐름은 Fusi와 Farina11에 의해 조사되었습니다. Ramesh와 Devaker12는 내시경 문제를 모델링하여 생물의학에 대한 적용을 논의했습니다. 그들은 생리적 유체를 모델링하기 위해 커플 스트레스 유체를 사용했습니다. 위장관의 유미즙 운동에 연동운동을 적용하는 것은 Vaidya et al.13을 통해 볼 수 있습니다. 그들의 연구는 가변 점도가 볼루스 크기에 미치는 영향이 증가하고 있음을 보여줍니다. 위에서 언급한 문헌의 정점에서 우리는 의료 및 산업 분야에서 비뉴턴 유체 흐름의 실제 적용을 관찰할 수 있습니다.