Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Tăng trưởng tạm thời và chuyển tiếp qua trong dòng chảy hẹp với dạng sóng sinh lý
Tóm tắt
Một phương pháp phân tích trực tiếp được áp dụng để tính toán các điều kiện khởi đầu tăng trưởng tạm thời tối ưu cho các dòng chảy xung nhịp sinh lý có liên quan trong khả năng hẹp trục tròn mượt với độ tắc nghẽn 75%. Dạng sóng dòng chảy được sử dụng đại diện cho các phép đo trung bình theo pha thu được trong động mạch cảnh chung của con người. Phân tích Floquet cho thấy dòng chảy chu kỳ ổn định đối với các biến dạng loại riêng trị cực nhỏ có thể phát triển từ chu kỳ này sang chu kỳ khác tại các số Reynolds đã xem xét. Tuy nhiên, cùng những dòng chảy này lại thể hiện sự tăng trưởng tạm thời bùng nổ của các rối loạn tối ưu, với phân tích của chúng tôi dự đoán mức năng lượng rối loạn tăng trưởng đến bậc 10^25 trong nửa chu kỳ sóng tại số Reynolds dòng chảy trung bình Re = 300, mà thấp hơn đáng kể so với giá trị sinh lý là Re = 450 tại vị trí này. Mô phỏng số trực tiếp tại Re = 300 cho thấy khi dòng chảy cơ sở bị nhiễu một lượng nhỏ với điều kiện khởi đầu tăng trưởng tối ưu, sự rối loạn phát triển nhanh chóng theo thời gian, theo đúng với phân tích tuyến tính, và bão hòa để cung cấp một trạng thái turbulent cục bộ trong nửa chu kỳ xung. Chuyển tiếp này do các cơ chế tăng trưởng không bình thường cho thấy dòng chảy thể hiện sự chuyển tiếp vượt qua tới trạng thái turbulence. Phân tích của chúng tôi cho thấy rằng tuyến đường này đến các trạng thái turbulent cục bộ có thể tương đối phổ biến trong các dòng chảy động mạch của con người.
Từ khóa
#tăng trưởng tạm thời #chuyển tiếp vượt qua #dòng chảy hẹp #sóng sinh lý #mô phỏng số #động mạch cảnh chungTài liệu tham khảo
Barkley D., Blackburn H.M., Sherwin S.J.: Direct optimal growth analysis for timesteppers. Int. J. Num. Meth. Fluids 57, 1437–1458 (2008)
Blackburn H.M., Sherwin S.J.: Formulation of a Galerkin spectral element–Fourier method for three-dimensional incompressible flows in cylindrical geometries. J. Comput. Phys. 197(2), 759–778 (2004)
Blackburn H.M., Sherwin S.J.: Instability modes and transition of pulsatile stenotic flow: pulse-period dependence. J. Fluid Mech. 573, 57–88 (2007)
Blackburn H.M., Barkley D., Sherwin S.J.: Convective instability and transient growth in flow over a backward-facing step. J. Fluid Mech. 603, 271–304 (2008)
Blackburn H.M., Sherwin S.J., Barkley D.: Convective instability and transient growth in steady and pulsatile stenotic flows. J. Fluid Mech. 607, 267–277 (2008)
Cantwell, C.D., Barkley, D., Blackburn, H.M.: Transient growth analysis of flow through a sudden expansion in a circular pipe. Submitted to Phys. Fluid.
Khalifa A.M.A., Giddens D.P.: Characterization and evolution of poststenotic disturbances. J. Biomech. 14(5), 279–296 (1981)
Ojha M., Cobbold R.S.C., Johnston K.W., Hummel R.L.: Pulsatile flow through constricted tubes: an experimental investigation using photochromic tracer methods. J. Fluid Mech. 203, 173–197 (1989)
Schmid P.J., Henningson D.S.: Optimal energy density growth in Hagen–Poiseuille flow. J. Fluid Mech. 277, 197–225 (1994)
Schmid P.J., Henningson D.S.: Stability and Transition in Shear Flows. Springer, New York (2001)
Sexl T., Über den von E.G.: Richardson entdeckten ‘annulareffekt’. Z. Phys. 61, 349–362 (1930)
Sherwin S.J., Blackburn H.M.: Three-dimensional instabilities and transition of steady and pulsatile flows in an axisymmetric stenotic tube. J. Fluid Mech. 533, 297–327 (2005)
Varghese S.S., Frankel S.H., Fischer P.F.: Direct numerical simulation of stenotic flows. Part 1 Steady flow. J. Fluid Mech. 582, 253–280 (2007)
Varghese S.S., Frankel S.H., Fischer P.F.: Direct numerical simulation of stenotic flows. Part 2 Pulsatile flow. J. Fluid Mech. 582, 281–315 (2007)
Womersley J.R.: Method for the calculation of velocity, rate of flow and viscous drag in arteries when the pressure gradient is known. J. Physiol. 127, 553–563 (1955)