Surface-tension-driven evolution of a viscoplastic liquid coating the interior of a cylindrical tube
Surface-tension-driven evolution of a viscoplastic liquid coating the interior of a cylindrical tube
复制标题
圆柱形管内部粘塑性液体涂层的表面张力驱动演变
DOI：
10.1017/jfm.2022.479
复制
发表时间：
2022
影响因子：
3.7
通讯作者：
Shemilt J
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Shemilt J
肺内呼吸道关闭的一种机制是表面张力驱动的粘液层的不稳定性，粘液层排列在气道壁上。我们研究了粘塑性宾汉液体覆盖在刚性管内的轴对称层的不稳定性，这是一个考虑粘液屈服应力的简单的气道模型。利用长波理论导出了液层厚度的演化方程，并由此导出了更简单的薄膜演化方程。在薄膜情况下，我们证明了演化方程的两个边缘屈服的静态解的分支既可以用来预测触发不稳定性所需的初始扰动的大小，也可以用来量化增加毛细宾汉数(衡量屈服应力相对于表面张力的参数)如何减少层的最终变形。利用长波演化方程的数值解，我们量化了在管内形成液体塞所需的临界层厚度如何随着毛细管宾汉数的增加而增加。我们讨论了这些发现对于模拟阻塞性条件下的气道闭合的意义，例如囊性纤维化，粘液层通常较厚，具有较高的屈服应力。
One mechanism for airway closure in the lung is the surface-tension-driven instability of the mucus layer which lines the airway wall. We study the instability of an axisymmetric layer of viscoplastic Bingham liquid coating the interior of a rigid tube, which is a simple model for an airway that takes into account the yield stress of mucus. An evolution equation for the thickness of the liquid layer is derived using long-wave theory, from which we also derive a simpler thin-film evolution equation. In the thin-film case we show that two branches of marginally yielded static solutions of the evolution equation can be used to both predict the size of the initial perturbation required to trigger instability and quantify how increasing the capillary Bingham number (a parameter measuring yield stress relative to surface tension) reduces the final deformation of the layer. Using numerical solutions of the long-wave evolution equation, we quantify how the critical layer thickness required to form a liquid plug in the tube increases as the capillary Bingham number is increased. We discuss the significance of these findings for modelling airway closure in obstructive conditions such as cystic fibrosis, where the mucus layer is often thicker and has a higher yield stress.
登录
查看更多内容
复杂液滴的受控扩散
DOI：
--
发表时间：
2016
期刊：
影响因子：
--
作者：
M. Jalaal
通讯作者：
M. Jalaal
粘塑性液滴的扩散
影响因子：
3.7
作者：
M. Jalaal;B. Stoeber;N. Balmforth
通讯作者：
N. Balmforth
DOI：
10.1115/1.2895486
发表时间：
1993-08-01
影响因子：
1.7
作者：
HALPERN, D;GROTBERG, JB
通讯作者：
GROTBERG, JB
影响因子：
3.1
作者：
Balmforth, Neil;Ghadge, Shilpa;Myers, Tim
通讯作者：
Myers, Tim
宾汉流体填充的通道和管中长气泡的稳定位移。
影响因子：
2.7
作者：
Zamankhan,Parsa;Takayama,Shuichi;Grotberg,JamesB
通讯作者：
Grotberg,JamesB