纵向波动壁运动和可变粘度对Jeffrey纳米流体蠕动流动的影响：一种用于食糜传输的生物力学模型

《ARABIAN JOURNAL FOR SCIENCE AND ENGINEERING》：Effects of Longitudinal wavy wall Motion and Variable Viscosity on the Peristaltic flow of a Jeffrey Nanofluid: A Biomechanical Model for Chyme Transport

食糜在非对称多孔通道中的磁流体动力学传热传质特性研究，通过引入温度与浓度依赖性粘度和不同波形波长，建立数学模型并应用广义差分变换法求解。重点分析流体动力学与热力学阻力、熵生成及贝琼数对食糜混合与推进的影响，发现纵向壁运动调控bolus捕获并增加区域熵值，温度依赖性参数变化可降低熵生成并改变bolus分布。该理论框架为胃肠疾病治疗策略提供新视角。

　　

摘要

蠕动运动是许多生理和生物医学系统中的基本传输机制，其中流体运动是由沿柔性边界传播的波浪状收缩产生的。在存在纵向壁运动的情况下，蠕动传输在调节胃肠道内食糜的运动和混合中起着关键作用，其背后的生物力学过程受复杂的流体-结构相互作用控制。本文研究了一种MHD蠕动流动的数学模型，以及Jeffrey耦合应力纳米流体在非对称多孔通道中的热和质量传递特性，旨在理解食糜传输的生理行为。为了使模型更加真实，模型中考虑了温度和浓度依赖的粘度，以及不同的波形和波长以产生纵向壁运动。采用长波长和低雷诺数近似来简化二维动量、热和质量传递方程，并使用广义微分变换方法（GDTM）进行半解析求解。通过推导控制流动方程的解析解来计算流体动力阻力，从而深入了解流动行为。本研究的主要目的是分析流体动力阻力和热阻力，这些阻力通过熵产生和Bejan数来量化，因为它们在确定食糜传输特性和温度梯度以及减少不可逆性方面起着至关重要的作用。同时，还详细研究了流变参数和波形对食团捕获的影响，因为它们对有效的食糜混合和推进至关重要。观察到肌肉壁的纵向收缩和松弛调节了食团的捕获，并导致域熵的增加。此外，温度依赖参数的增加会导致熵产生数的降低，伴随着通道上壁附近食团大小的增加以及下壁附近食团大小的相应减小。本研究为分析蠕动传输中的阻力及食团捕获提供了理论框架，并有助于更好地理解生理过程和潜在的胃肠道疾病治疗策略。