Impacto da energia de ativação e propriedades variáveis ​​no fluxo peristáltico através do canal de parede porosa

Jun 02, 2023

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 3219 (2023) Citar este artigo

672 acessos

1 Citações

Detalhes das métricas

O presente estudo discute o fluxo peristáltico do fluido de Jeffrey através de um canal de parede porosa. Efeitos magnetohidrodinâmicos (MHD) também são considerados ao formular o problema. As transferências de calor e massa são discutidas na presença de energia de ativação e efeitos constantes de fonte/sumidouro de calor. Uma reação química também faz parte da análise. A abordagem de Lubrificação é adotada para a simplificação das equações não lineares resultantes. O comando MATHEMATICA, NDSolve, é usado para discutir os resultados graficamente para vários parâmetros de fluxo como número de Hartman \((M)\), parâmetro de porosidade \((k)\), parâmetros de escorregamento (\(\gamma ,{\gamma }_ {1},{\gamma }_{2}\)), números de Schmidt \((Sc)\), Soret \((Sr)\) e Prandtl \((Pr)\) e muitos outros. Comportamento parabólico para velocidade e natureza senoidal para transferência de calor e gradiente de pressão é notado. Os resultados indicam que a velocidade é bastante afetada pela variação dos valores dos parâmetros de escorregamento (γ′s) e do número de Hartman \((H)\). Aumentar a natureza viscoelástica do fluido causa um aumento na velocidade. Comportamento semelhante é notado para perfis de velocidade e temperatura. A tendência decrescente é mostrada pela concentração quando o valor dos parâmetros de reação química e relação de temperatura é aumentado. Assim, o estudo apresentado na análise atual pode ser usado para estudar muitos sistemas fisiológicos humanos, especialmente o fluxo sanguíneo. Uma vez que o fluido de Jeffrey exibe as mesmas características observadas para o sangue.

A modelagem matemática é empregada na biomecânica para investigar os sistemas fisiológicos. A biomecânica dos fluidos é uma seção da biomecânica que revela a cinemática e a dinâmica dos fluidos corporais nos seres vivos. O avanço na mecânica dos biofluidos permite que os cientistas estudem o fluxo líquido dos vasos sanguíneos, o trato respiratório, o sistema linfático, o trato gastrointestinal, o trato urinário e vários outros. Investigações recentes revelam aplicações clínicas como órgãos artificiais, avanço de vasos vasculares, design de instrumentos médicos, criação de membranas de materiais para ortopedia e muito mais. Processos análogos de fluxo de biolíquidos podem ser vistos em várias situações dentro do corpo humano, entre os quais o destaque é o peristaltismo e podem ser vistos como base para o presente estudo. O principal objetivo do peristaltismo é mover os fluidos através da estrutura tubular sem exigir uma diferença de pressão geral. O termo peristaltismo se origina da palavra grega peristaltilkos, que significa "comprimir e apertar". De acordo com Merriam-Webster's1, o peristaltismo são ondas consecutivas de contração involuntária que passam ao longo das paredes de uma estrutura muscular oca e empurram o conteúdo para a frente. O mecanismo de peristaltismo do corpo humano começou a funcionar depois que o alimento foi mastigado, engolido como um bolo alimentar e passou pelo esôfago. Para evitar que o bolo volte para a boca, os músculos lisos atrás dele se contraem. Foi descrito pela primeira vez como um tipo de motilidade onde há contração acima e relaxamento abaixo de um transportado por Bayliss e Starling2. A aplicação industrial do bombeamento peristáltico é explorada em diferentes aplicações que incluem troca de fluidos estéreis, bomba de sangue em máquinas coração-pulmão, transporte de líquidos intestinais e perigosos para evitar seu envolvimento no ambiente circundante, etc. Um notável uso moderno do bombeamento peristáltico pode ser visto no projeto as bombas de roletes que são utilizadas para evitar o contato do fluido com o equipamento de bombeamento. O transporte peristáltico em líquidos viscosos foi introduzido pela primeira vez por Latham3, em 1966. Este estudo foi ampliado por Shapiro et al.4.

De fato, nem todo fluido possui as características de um fluido newtoniano. Portanto, incluímos fluidos não newtonianos em nossa discussão. No entanto, realisticamente falando, fluidos complicados como bolos de comida passando pelo esôfago, urina passando pelo ureter ou quimo atravessando o trato gastrointestinal não adeririam aos princípios de viscosidade de Newton. Como resultado, nenhuma relação constitutiva única pode prever as características de todos os fluidos. Em resposta a esta questão, vários modelos constitutivos foram propostos para identificar as propriedades de fluidos não newtonianos. As equações para o fluxo de suspensões de óleo de pigmento usadas em fluido tipo tinta de impressão foram expandidas por Casson5. A teoria do fluido micropolar foi abordada por Eringen6, que também investigou minuciosamente características como tensões de pares, pares de corpos, microrrotação e efeitos de microinércia. A teoria dos microfluidos, dos quais o micropolar é uma instância específica, foi apresentada pela primeira vez por Eringen6. Entre todos esses modelos, o fluido de Jeffrey, que possui qualidades relaxantes e retardadoras, é comparativamente um dos tipos mais simples de fluido viscoelástico. Porque o fluido de Jeffrey pode prever os efeitos do tempo de relaxamento/retardo, que são cruciais para a análise das propriedades viscoelásticas nas indústrias de polímeros e sistemas fisiológicos humanos. Ramanamurthy et al.7 investigaram o fluxo peristáltico de fluido viscoso através de um canal curvo bidimensional. Seu principal objetivo é analisar a natureza instável do fluxo. Nadeem et al.8 realizaram a análise endoscópica do líquido de Prandtl em referenciais fixos e ondulados. Eles abordaram o efeito de várias formas de onda no endoscópio. O fluxo de fluido da lei de potência através do tubo cilíndrico é examinado por Sadeghi e Talab9. Os resultados indicam aumento no fluxo de fluido devido a altos valores do índice de lei de potência. Tripathi et al.10 desenvolveram modelo matemático para discutir o fluxo intestinal tomando fluido não newtoniano de biviscosidade. Seu estudo ajuda a entender melhor a hidrodinâmica gástrica. O escoamento axissimétrico do fluido de Bingham através da geometria cilíndrica é investigado por Fusi e Farina11. Ramesh e Devaker12 modelaram o problema do endoscópio para discutir sua aplicação à biomedicina. Eles usaram o fluido de estresse do casal para modelar o fluido fisiológico. A aplicação do peristaltismo ao movimento do quimo no trato gastrointestinal pode ser vista por Vaidya et al.13. Seu estudo revela o impacto crescente da viscosidade variável no tamanho do bolo. No culminar da literatura acima mencionada, podemos observar as aplicações da vida real do fluxo de fluido não newtoniano na medicina e na indústria.