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基于计算流体动力学的微流控脑血管通道剪切应力田口分析
International Journal for Numerical Methods in Biomedical Engineering ( IF 2.2 ) Pub Date : 2023-05-23 , DOI: 10.1002/cnm.3733
Kunal Sandip Garud 1 , Sehoon Jeong 2, 3, 4 , Moo-Yeon Lee 1
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脑血管输送必要的物质,例如氧气、葡萄糖等。大脑,维持人体的平稳运作。然而,血脑屏障作为血管边界限制了治疗神经系统疾病所需的药物的进入。脑血管中的流体剪切应力可以调节脑血管与大脑之间界面的药物递送。本研究几乎没有讨论影响脑血管剪切应力的各种因素的影响强度。提出了计算流体动力学和田口分析的混合方法来评估各种几何和操作因素对微流体脑血管通道中剪切应力的影响。此外,考虑血流的非牛顿行为来评估微流体脑血管通道中的剪切应力。Carreau、Carreau-Yasuda、Casson、Cross、Ostwald-de Waele 和 Herschel-Bulkley 的牛顿流体模型和六种非牛顿流体模型在不同的流速、通道宽度和高度条件下进行了数值测试,以找到粘度对剪切应力的影响。由极差分析和方差分析组成的田口分析应用于 L 和通道的高度,以找出粘度对剪切应力的影响。由极差分析和方差分析组成的田口分析应用于 L 和通道的高度,以找出粘度对剪切应力的影响。由极差分析和方差分析组成的田口分析应用于 L16个正交阵列,从影响阶数、范围、 F等方面评估各种因素对剪应力的影响值和贡献百分比。提出了所考虑的六种非牛顿流体模型的参数,以与实际血流行为相比,准确地绘制具有剪切应变的粘度行为。准确地找到了牛顿、Carreau 和 Carreau-Yasuda 非牛顿流体模型,实验剪应力结果与数值剪应力结果之间的最大误差分别为 2.17%、1.30% 和 1.48%。对于所有流速,剪切应力随着通道宽度和高度的增加以及粘度的降低而降低。孔隙率被评估为高度影响因素,其次是通道的流速、宽度和高度,根据它们对剪切应力的影响按降序排列。提出了修正的剪应力方程,精度为0。96 通过整合孔隙率以及宽度、高度、流速和粘度的影响。可以根据所提出的影响顺序结果设计和制造体外微流控脑血管模型,F值,以及各种因素对实现体内水平剪切应力的贡献百分比。



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更新日期:2023-05-23
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