Городков А. Ю., Талыгин Е. А., Жоржолиани Ш. Т., Цыганков Ю. М., Агафонов А. В., Кикнадзе Г. И., Бокерия Л. А.
ФГБУ «НМИЦ ССХ им. А.Н. Бакулева» Минздрава России;
Многочисленные экспериментальные и клинические исследования течения крови в сердце и магистральных сосудах позволяют считать доказанным его закрученную структуру. Ранее нами было доказано, что поток крови с высокой степенью точности может быть описан точными решениями уравнений Навье-Стокса для класса самоорганизующихся смерчеобразных потоков вязкой жидкости. Это позволило использовать количественные соотношения, вытекающие из точных решений, для количественной характеристики и определения свойств потока, трудно поддающихся измерению. Целью исследования является идентификация преимуществ закрученной структуры потока в сердце и магистральных сосудах.
Энергетическая эффективность.
Как следует из точных решений, продольная и радиальные компоненты скорости закрученного течения не зависят от вязкости, а азимутальная компонента зависит от вязкости только в приосевой зоне струи. Закрученное течение взаимодействует со стенкой проточного канала посредством пограничного слоя, который состоит из пространственных вихрей цилиндрической формы, заменяя стандартные сдвиговые напряжения напряжениями качения. Такой тип движения сопряжен с меньшим гидродинамическим сопротивлением. Суммарные потери энергии при установившемся движении жидкости по проточном каналу возникают вследствие вязких взаимодействий в ядре потока и трения о стенки канала. Закрученная струя, эволюционирующая в соответствии с точными решениями, минимизирует эти взаимодействия по сравнению с традиционным турбулентным течением. В результате перемещение закрученной струи по проточному каналу осуществляется с меньшими потерями энергии.
Стабильность структуры струи.
Закрученная струя представляет собой трубку тока и слабо взаимодействует с окружающей средой. В результате структура закрученной струи достаточно долго не изменяется при попадании в заполненную средой полость, в отличие от мгновенного перемешивания элементов среды при турбулентном течении. Стабильная структура закрученной струи, в силу инерционности ее вращения, позволяет преодолевать локальные геометрические отклонения проточного канала без заметного изменения суммарного вектора скорости струи.
Точные решения содержат зависящие от времени функции C0 и Г0, однозначно связанные с геометрией проточного канала. Функция С0 увеличивается с увеличением скорости натекающей струи и уменьшается с течением времени, а функция Г0 уменьшается с уменьшением объема струи. Закрученная струя крови обладает указанными свойствами, если эти функции определены, непрерывны и отличны от нуля во всем диапазоне скоростей и размеров, возможных в исследуемом проточном канале.
Сравнение динамики этих функций, вычисленных на основании экспериментальных данных, с динамикой идеальной струи, полученной на основании точных решений, позволяет качественно выполнить диагностику нарушений, спланировать и оценить результаты хирургического вмешательства.
Исследование проведено при финансовой поддержке Российского научного фонда (грант №16-15-00109П).
Комментарии посетителей