혈관 및 내장과 같은 작은 튜브를 통한 유체의 흐름은 많은 생리 학적 과정에 필수적입니다. 그러나, 이들 튜브를 통해 흐르는 유체의 거동은 복잡하고 완전히 이해되지 않았다. 엔지니어는 유체가 이러한 튜브를 통해 어떻게 흐르는 지, 그리고 줄을 긋는 작은 머리카락과 어떻게 상호 작용할 것인지를 예측할 수있는 모델과 시뮬레이션을 개발하기 위해 노력하고 있습니다.
도전
작은 튜브를 통해 유체가 어떻게 흐르는지를 예측하는 데 어려움은 흐름이 종종 난류 가라는 것입니다. 난류 흐름은 속도와 압력의 무작위 및 혼돈 변동을 특징으로합니다. 이로 인해 유체 입자가 튜브를 통해 흐르는 정확한 경로를 예측하기가 어렵습니다.
또한, 혈관과 내장을 정렬하는 작은 모발도 체액의 흐름에 영향을 줄 수 있습니다. 섬모로 알려진이 모발은 끊임없이 앞뒤로 흔들리며, 이는 추가 난기류를 만들고 흐름을 더욱 예측하기가 더 어려울 수 있습니다.
모델
엔지니어들은 작은 튜브를 통해 유체가 어떻게 흐르는 지, 섬모와 어떻게 상호 작용할 것인지를 예측하기 위해 다양한 모델과 시뮬레이션을 개발하고 있습니다. 이 모델은 간단한 분석 모델에서 복잡한 계산 시뮬레이션에 이르기까지 다양합니다.
분석 모델의 일반적인 유형 중 하나는 Poiseuille 흐름 모델입니다. 이 모델은 흐름이 층류라고 가정하므로 매끄럽고 순서가 좋습니다. Poiseuille 흐름 모델은 튜브를 통해 흐르는 유체의 압력 강하 및 속도를 예측하는 데 사용될 수 있습니다.
다른 유형의 분석 모델은 Womersley Flow 모델입니다. 이 모델은 혈관에서 발생하는 흐름의 유형 인 맥동 흐름의 효과를 고려합니다. Womersley 흐름 모델은 튜브를 통해 흐르는 유체의 속도 및 전단 응력을 예측하는 데 사용될 수 있습니다.
계산 시뮬레이션은 유체가 작은 튜브를 통해 어떻게 흐르는 지 예측하기위한 또 다른 강력한 도구입니다. 이 시뮬레이션은 수치 방법을 사용하여 유체 역학의 통치 방정식을 해결합니다. 계산 시뮬레이션을 사용하여 분석 모델에 쉽게 적용 할 수없는 복잡한 형상 및 흐름 조건을 모델링 할 수 있습니다.
응용 프로그램
엔지니어가 개발중인 모델과 시뮬레이션은 유체가 작은 튜브를 통해 어떻게 흐르는 지, 섬모와의 상호 작용 방법에 다양한 응용 분야를 갖는 방법을 예측하기 위해 개발하고 있습니다. 이러한 응용 프로그램에는 다음이 포함됩니다.
* 심혈관 질환을 치료하는 데 사용되는 스텐트 및 카테터와 같은 의료 기기 설계.
* 신체의 특정 부분에보다 효과적으로 전달할 수있는 신약 개발.
* 내장을 통한 유체의 흐름이 영양소 흡수에 어떻게 영향을 미치는지 이해합니다.
* 약물 검사 및 화학 분석과 같은 다양한 응용 분야에서 사용되는 미세 유체 장치를 통해 흐르는 유체의 거동을 예측합니다.
엔지니어가 유체가 작은 튜브를 통해 어떻게 흐르는 지, 섬모와 어떻게 상호 작용하는지 예측하기 위해 노력하는 작업은 많은 생리 학적 과정에 대한 이해를 발전시키고 새로운 의료 기기 및 치료를 개발하기 위해 필수적입니다.
