Articles

Reguljär artikelThe Use of the Dimensionless Womersley Number to Characterize the Unsteady Nature of Internal Flow

Dimensionslösa tal är mycket användbara när det gäller att karakterisera mekaniskt beteende, eftersom deras storlek ofta kan tolkas som den relativa betydelsen av konkurrerande krafter som påverkar mekaniskt beteende på olika sätt. Ett dimensionslöst tal, Womersleytalet (Wo), används ibland för att beskriva den instabila karaktären hos ett vätskeflöde som svar på en instabil tryckgradient, dvs. om det resulterande vätskeflödet är kvasistadigt eller inte. Vätskor omger organismer som själva innehåller vätskeutrymmen; de beteenden som uppvisas av dessa biologiskt viktiga vätskor (t.ex. luft, vatten eller blod) är fysiologiskt betydelsefulla eftersom de i stor utsträckning bestämmer mass- och värmeutbyteshastigheterna och kraftproduktionen mellan en organism och dess omgivning eller mellan olika delar av en organism.

I den biologiska litteraturen är användningen av Womersley-talet vanligen begränsad till en enda geometri, nämligen flödet inuti en cirkulär cylinder. Vi sammanfattar bevisen för att Womersley-talet har en bredare roll när det gäller att karakterisera instabila flöden än vad som framgår av denna geometriska begränsning. För den specifika kategorin inre flöde visar vi att den exakta analytiska lösningen för instationärt flöde mellan två parallella väggar förutsäger samma mönster av vätskebeteende som tidigare identifierats för flöde inuti cylindrar, dvs. en dikotomi i vätskebeteende för värden avWo<1 ochWo>1. NärWo<1 förutspås flödet troget följa den oscillerande tryckgradienten, och hastighetsprofilerna uppvisar en parabolisk form så att den fluid som oscillerar med störst amplitud befinner sig längst bort från väggarna (”kvasistadigt” beteende). NärWo>1 är hastighetsprofilerna inte längre paraboliska och flödet är fasförskjutet i tid i förhållande till den oscillerande tryckgradienten. Amplituden hos den oscillerande vätskan kan antingen öka eller minska närWo>1, vilket beskrivs i texten.