Computer Simulation Study of Collective Phenomena in Dense Suspensions of Red Blood Cells under Shear

رئولوژی تعلیق‌های گلبول قرمز متراکم از طریق شبیه‌سازی‌های کامپیوتری بر اساس شبکه بولتزمن، مرز غوطه‌ور شده و روش‌های اجزای محدود بررسی می‌شود. گلبول های قرمز خون به عنوان ذرات گسترش یافته و تغییر شکل پذیر غوطه ور در مایع محیط در نظر گرفته می شوند. در بخش اول کار، مدل عددی و راهبردهای ارزیابی استرس مورد بحث قرار گرفته است. در بخش دوم، رفتار تعلیق ها در جریان برشی ساده برای کسرهای حجمی مختلف، تغییر شکل پذیری ذرات و نرخ های برشی بررسی شده است. رفتار نازک شدن برشی بازیابی می شود. وجود یک انتقال ناشی از برش از یک حرکت غلتشی به یک حرکت تانک آج نشان داده شده است. انتقال را می توان با یک کمیت واحد، یعنی عدد مویرگی موثر، پارامتر کرد. این نسبت تنش تعلیق و تنش مشخصه غشای ذرات است. در نقطه گذار، افزایش شدیدی در ترتیب جهت گلبول های قرمز خون و کاهش قابل توجهی از انتشار ذرات مشاهده می شود. با این حال، میانگین تغییر شکل سلول هیچ علامتی از انتقال نشان نمی‌دهد.

The rheology of dense red blood cell suspensions is investigated via computer simulations based on the lattice Boltzmann, the immersed boundary, and the finite element methods. The red blood cells are treated as extended and deformable particles immersed in the ambient fluid. In the first part of the work, the numerical model and strategies for stress evaluation are discussed. In the second part, the behavior of the suspensions in simple shear flow is studied for different volume fractions, particle deformabilities, and shear rates. Shear thinning behavior is recovered. The existence of a shear-induced transition from a tumbling to a tank-treading motion is demonstrated. The transition can be parameterized by a single quantity, namely the effective capillary number. It is the ratio of the suspension stress and the characteristic particle membrane stress. At the transition point, a strong increase in the orientational order of the red blood cells and a significant decrease of the particle diffusivity are observed. However, the average cell deformation shows no signature of the transition.