The Rheology of Blood Flow in a Branched Arterial System.

Abstract Blood flow rheology is a complex phenomenon. Presently there is no universally agreed upon model to represent the viscous property of blood. However, under the general classification of non-Newtonian models that simulate blood behavior to different degrees of accuracy, there are many variants. The power law, Casson and Carreau models are popular non-Newtonian models and affect hemodynamics quantities under many conditions. In this study, the finite volume method is used to investigate hemodynamics predictions of each of the models. To implement the finite volume method, the computational fluid dynamics software Fluent 6.1 is used. In this numerical study the different hemorheological models are found to predict different results of hemodynamics variables which are known to impact the genesis of atherosclerosis and formation of thrombosis. The axial velocity magnitude percentage difference of up to 2 % and radial velocity difference up to 90 % is found at different sections of the T-junction geometry. The size of flow recirculation zones and their associated separation and reattachment point's locations differ for each model. The wall shear stress also experiences up to 12 % shift in the main tube. A velocity magnitude distribution of the grid cells shows that the Newtonian model is close dynamically to the Casson model while the power law model resembles the Carreau model. ZUSAMMENFASSUNG: Die Rheologie von Blutstromungen ist ein komplexes Phanomen. Gegenwartig existiert kein allgemein akzeptiertes Modell, um die viskosen Eigenschaften von Blut wiederzugeben. Jedoch gibt es mehrere Varianten unter der allgemeinen Klassifikation von nicht-Newtonschen Modellen, die das Verhalten von Blut mit unterschiedlicher Genauigkeit simulieren. Die Potenzgesetz-, Casson und Carreau-Modelle sind beliebte nicht-New-tonsche Modelle und beeinflussen die hamodynamischen Eigenschaften in vielen Situationen. In dieser Studie wurde die finite Volumenmethode angewandt, um die hamodynamischen Vorhersagen dieser Modelle zu untersuchen. Um die finite Volumenmethode zu implementieren, wurde die Fluiddynamiksoftware Fluent 6.1 verwendet. In dieser numerischen Studie wurde gefunden, dass die unterschiedlichen hamorheologischen Modelle unterschiedliche Resultate fur die hamodynamischen Grossen vorhersagen, von denen bekannt ist, dass sie die Entstehung von Arteriosklerose und die Bildung von Thrombose beeinflussen. Es wurde gefunden, dass die relative Differenz der axialen Geschwindigkeit bis zu 2% und die der radialen Geschwindigkeit bis zu 90% in unterschiedlichen Abschnitten der T-Verbindung betragt. Die Grosse der Stromungszirkulationszonen und ihrer dazugehorigen Trennungs- und Vereinigungspunkte differieren fur jedes Modell. Die Scherspannung an der Wand erfahrt ebenfalls eine Verschiebung im Hauptrohr von bis zu 12%. Der Verlauf der Geschwindigkeit auf den Gitterzellen zeigt, dass das Newtonsche Modell mit Bezug auf die Dynamik dem Casson-Modell nahe ist, wahrend das Potenzgesetzmodell dem Carreau-Modell ahnlich ist. R#ENTITYSTARTX000E9;SUM#ENTITYSTARTX000E9;: La rheologie de l'ecoulement sanguin est un phenomene complexe. Presentement, il n'y a pas de consensus universel sur le modele qui represente la propriete visqueuse du sang. Cependant, parmi la classification generale des modeles non-Newtoniens qui simulent le comportement du sang avec differents degres de precision, il y a plusieurs differences. Les lois de puissance, les modeles de Casson et Carreau sont des modeles non-Newtoniens populaires et ont un effet sur les quantites hemodynamiques sous plusieurs conditions. Dans cette etude, la methode de volume fini est utilisee pour explorer les predictions hemodynamiques de chacun de ces modeles. Pour implementer la methode de volume fini, le logiciel de calcul de dynamique des fluides Fluent 6.1 a ete utilise. Dans cette etude numerique, les differents modeles hemorheologiques tendent a predire des resultats differents pour les variables hemodynamiques qui sont reconnues comme ayant un impact sur la genese de l'arteriosclerose et de la thrombose. Une difference jusqu'a 2% dans l'amplitude de la velocite axiale et une difference jusqu'a 90% dans la velocite radiale sont decouverts dans differentes sections d'une geometrie de type jonction en T. La taille des zones de re-circulation d'ecoulement et les localisations des points de separation et de rattachement qui leur sont associees, different pour chacun des modeles. La contrainte de cisaillement aux parois presente egalement un deplacement de 12% dans le tube principal. La distribution de l'amplitude de vitesse dans les cellules du maillage montre que le modele Newtonien est dynamiquement proche du modele de Casson tandis que le modele en loi de puissance ressemble au modele de Carreau.