Hidrodinâmica do escoamento do sangue em microvasos

Abstract

Neste trabalho estuda-se o escoamento e a reologia de fluidos não-newtonianos com propriedades mecânicas semelhantes as do sangue. Os cálculos e as análises apresentados são direcionados ao entendimento do escoamento em microvasos. Em regime de microcirculação avalia-se as propriedades mecânicas predominantes a serem usadas em diferentes modelos constitutivos do sangue. Usaram-se desde modelos de fluidos generalizados até um modelo protótipo do sangue usando emulsões para descrever o comportamento do sangue em escoamento em microvasos. Com os resultados avaliamse a influência das propriedades do sangue como, por exemplo, a presença da camada de plasma livre de células , fração volumétrica de glóbulos vermelhos, da tensão crítica de escoamento na viscosidade intrínseca do sangue. É obtida a solução por similaridade da equação da distribuição de gotas em um escoamento cisalhante na presença de uma parede rígida. O referido cálculo é uma primeira investigação da distribuição de células e dos mecanismos físicos envolvidos na formação da camada de plasma livre de células no regime da microcirculação. Uma emulsão diluída de gotas de alta razão de viscosidade com o meio líquido é usada como protótipo do fluido sangue na microcirculação. Acredita-se que a camada de plasma, livre de células, é o resultado do balanço entre dois mecanismo de fluxo de células protótipos; um associado à migração de partículas devido a presença da parede e outro associado à difusão hidrodinâmica de células. Como principal resultado determina-se a distribuição de gotas no espaço em função do tempo, a formação dessa camada livre de células e a espessura da camada em função dos parâmetros físicos envolvidos. Na etapa experimental, investiga-se o escoamento de emulsões e soluções poliméricas em tubos com objetivo de determinar a viscosidade intrínseca. Um tanque de estagnação permite controlar a pressão de entrada do escoamento. Propõe-se uma metodologia para medida da viscosidade intrínseca de fluidos complexos, como o sangue, em cisalhamento parabólico. ____________________________________________________________________________________________ ABSTRACT

In this work, non-newtonian fluids with approximated blood behavior flow and rheology are investigated. Some scaling analysis and calculations results are presented with the intent to understand the blood flow in microvessels. The main mechanical properties in microcirculation regime are determined to be used with different constitutive models of the blood. Generalized non-newtonian fluids and an emulsion prototype of blood are the different constitutive models used to describe blood behavior. With the results, the cell-depleted layer, the red blood cells volume fraction, the yield stress, are examples of the investigated parameters. The similarity solution of the distribution differential equation of droplets is calculated in a shear flow with a rigid wall. This solution is a first approach to understand the cells distribution and the mechanisms that affect the cell-depleted layer formation in microcirculation. A dilute emulsion of drops with high viscosity ratio is the prototype of blood in microvessels. Here, the cell depleted layer is a balance result of two different flux mechanisms: the cell migration due the presence of a rigid wall and the hydrodynamic diffusion of cells. The main results is the volume fraction in function of time and space of drops prototypes of red blood cells, the thickness of cell-depleted layer calculation and associated development time. In tube flow experiments are investigated polymeric solutions and different emulsions with the objective to calculate its intrinsic viscosities. A stagnation reservoir tank is used to control the intake pressure of the tube flow. A procedure to measure the intrinsic viscosity of complex fluids is proposed.