[en] Physiological flows in the aorta depend on a lot of factors including the pulsatile nature of the flow, the complex geometries present or the elasticity of the vessels walls among others. The study of these dynamics is of great importance as turbulence in the flow, or the impact that the flow may have on magnitudes like the wall shear stress, is thought to be linked to the development of certain cardiovascular diseases. This thesis investigates the dynamics of steady and pulsatile flow through a 180° bent pipe depending on the inlet velocity profile conditions, serving as a simplified model of the aortic arch, to understand its impact on wall shear stress distribution. Three different velocity inlet profiles verifying the same flow rate are selected: a pulsatile velocity with constant value across the diameter of the cross-section of the pipe, a parabolic pulsatile profile and the Womersley profile with a single harmonic. To do so, direct numerical simulations were performed with the open-source code Nek5000. An adequate mesh is designed displaying typical measurements of the ascending aorta and aortic arch. The simulations were run for Re=1700, Wo=15 and amplitude of oscillation of the selected flow rate equal to 1. In the steady case, the growth of a pair of Dean vortices until an angle of 45° from the curvature entrance is detected as a consequence of the particular increase of cross-sectional kinetic energy in this area, which decays into the formation of a system of 8 vortices that later merges and continues evolving after the bend. A comparative analysis of the velocity magnitude evolution in the centerline of the pipe revealed that the three pulsatile cases exhibited distinct fluctuations from the base flow, the parabolic case being the most irregular in the bend, but the three cases achieving similar tendencies downstream the bend. Computations of the distribution of average wall shear stress magnitude over the pipe's wall surface revealed a lower value at the inner wall and downstream the pipe. Along the bend, the parabolic profile shows the highest value of average wall shear stress, followed by the Womersley case and the constant case. After the bend, the three cases values decay and finish oscillating around the same values. A peak in wall shear stress around the region of the curvature is shared between the three cases, but with differing amplitude, that we can associate to the peak in cross-sectional energy detected for the steady case and provoked by the pair of counter-rotating vortices. Finally, contrarily to the other cases, the parabolic profile displays an asymmetric distribution of wall shear stress over the entire pipe that indicates a possible transition to turbulence.

[es] Los flujos fisiológicos en la aorta dependen de muchos factores, como la naturaleza pulsátil del flujo, las complejas geometrías presentes en el sistema cardiovascular o la elasticidad de las paredes de los vasos sanguíneos, entre otros. El estudio de estas dinámicas es de gran importancia ya que se cree que la turbulencia en el flujo, o el impacto que el flujo puede tener en magnitudes como la tensión de corte de pared, está relacionado con el desarrollo de ciertas enfermedades cardiovasculares. Esta tesis investiga la dinámica del flujo estacionario y pulsátil a través de un tubo curvado de 180° en función del perfil de velocidad de entrada, sirviendo como modelo simplificado del arco aórtico, para comprender su impacto en la distribución de la tensión de corte de la pared. Se seleccionan tres perfiles de velocidad de entrada diferentes que verifican el mismo caudal: un perfil de velocidad pulsátil con valor constante a lo largo del diámetro de la sección transversal de la tubería, un perfil pulsátil parabólico y el perfil de Womersley con un único armónico. Para ello, se realizaron simulaciones numéricas directas con el código abierto Nek5000. Se diseña una malla adecuada que muestra medidas típicas de la aorta ascendente y el arco aórtico. Las simulaciones se han ejecutado para Re=1700, Wo=15 y amplitud de oscilación del flujo seleccionado igual a 1. En el caso estacionario, se detecta el crecimiento de un par de vórtices Dean hasta un ángulo de 45° desde la entrada de la curvatura como consecuencia del particular incremento de energía cinética transversal en esta zona, que decae en la formación de un sistema de 8 vórtices que posteriormente se fusiona y continúa evolucionando tras la curva pero decayendo en intensidad. Un análisis comparativo de la evolución de la magnitud de la velocidad en la línea central de la tubería reveló que los tres casos pulsátiles presentaban fluctuaciones distintas respecto al flujo base, siendo el caso parabólico el más irregular en la curva, pero alcanzando los tres casos tendencias similares después de la curva. Los cálculos de la distribución de la magnitud del esfuerzo cortante medio de la pared sobre la superficie de la pared de la tubería revelaron un valor más bajo en la pared interior y después de la curvatura. A lo largo de la curvatura, el perfil parabólico muestra el valor más alto de la tensión cortante media de la pared, seguido del caso Womersley y del caso constante. Después de la curva, los valores de los tres casos decaen y terminan oscilando en torno a los mismos valores. Un pico en la tension cortante de pared alrededor de la región de la curvatura es compartido entre los tres casos, pero con diferente amplitud, la cual cosa podemos asociar al pico en la energía de la sección transversal detectado para el caso constante y provocado por el par de vórtices contrarrotantes. Por último, a diferencia de los demás casos, el perfil parabólico muestra una distribución asimétrica de la tensión de corte de la pared en toda la tubería que indica una posible transición a la turbulencia.