شبيه سازي عددي ديناميك گلبول قرمز خون در يك ميكروكانال با مانع پله‌اي با استفاده از روش شبكه بولتزمن- مرز غوطه ور

Numerical Simulation of the Dynamics of the Red Blood Cell in a Microchannel with Step Stenosis Using Lattice Boltzmann-immersed Boundary Method

در مطالعه حاضر، ديناميك يك گلبول قرمز در ميكروكانال دوبعدي ساده و ميكروكانال داراي مانع پله ­اي، با استفاده از تركيب روش شبكه بولتزمن و روش مرز غوطه­ ور شبيه ­سازي مي­گردد. گلبول قرمز به صورت يك مرز انعطاف­ پذير غوطه­ ور در جريان سيال در نظر گرفته مي­شود. اثرات تغيير لزجت پلاسما بر حركت و تغيير شكل گلبول قرمز بررسي شد. در ادامه حركت گلبول قرمز دايروي در جريان پوازيه بررسي گرديد. با توجه به اين كه گلبول در مركز كانال قرار دارد و جريان متقارن محوري است بين نيروهاي برآي عمل كننده از بالا و پايين روي گلبول، تعادل برقرار است. با عبور دادن گلبول از يك مانع پله­ اي در دو حالت گلبول طبيعي و گلبول با تغيير شكل پذيري پايين، مشاهده شد كه گلبول طبيعي سرعت و تغيير شكل بيشتري دارد. به علاوه، به دليل ضرايب كششي و خمشي پايين ­تر، گلبول طبيعي حركت tank-treading را تجربه مي­ كند در حالي كه براي گلبول با تغيير شكل­ پذيري كم، حركت tumbling اتفاق مي ­افتد. نتايج حاصل با نتايج عددي موجود مقايسه گرديد كه تطابق نسبتاً خوبي را نشان داد.

In the present study, the dynamics of a red blood cell (RBC) in a simple microchannel and in a microchannel with step stenosis is simulated using combined lattice Boltzmann- immersed boundary (LB-IB) method. The RBC is considered as a deformable boundary immersed in the fluid flow. The effects of plasma viscosity on the motion and deformation of the RBC was investigated. Then the motion of a circular RBC in a Poiseuille flow was analyzed. Since the RBC is put at the centerline of the channel and the flow in the channel is axisymmetric, the lift forces acting on the top and bottom part of the RBC are in equilibrium. When passing over a step stenosis in the channel the normal RBC was found to be more deformable and take higher speed as compared to the less deformable RBC. In addition, the normal RBC experienced tank-treading motion due to its low elastic and bending coefficients whereas for the less deformable RBC the tumbling motion took place. The current results showed reasonably good agreement with the available numerical results.