HC 18 Vloeistofstroming 2

Question 1

Voorwaarden Poiseuille

Answer 1

• Ronde, rechte buis met constante straal
• Tijdsonafhankelijk drijvend drukverschil (en dus ‘steady’ flow)
• Geen in-/uitstroom effecten (‘zeer lange buis’)
• Geen turbulentie (alleen stroming in stroomrichting)
• Geen ‘swirl’ (alleen stroming in stroomrichting)
• Incompressibele (niet-samendrukbare) vloeistof
• Homogene, Newtonse vloeistof
• ‘No-slip’ conditie

Question 2

Laminaire stroming

Answer 2

• ‘Relatief langzame’ stromingen blijven laminair
• Geordend, ‘laagjes’
• Lineair verband tussen druk en flow
• Meest efficiënt
• 1 op 1 relatie flow en drukval:
• Stil

Question 3

Turbulente stroming

Answer 3

• Voorbij bepaalde grens slaan ze om naar turbulent
• Chaotisch, wervels
• Curve flow-druk vlakt sterk af: minder flowtoename bij zelfde druktoename
• Extra verliezen door aanmaak wervels
• Turbulentie werkt erg goed mengend

Question 4

Getal van Reynolds

Answer 4

• Transitie afhankelijk van combinatie van snelheid, diameter, dichtheid en viscositeit
• Het (dimensieloze) Reynolds getal voorspelt met welk type stroming je te maken hebt
• Minder efficiënt
• Trillingen, geluid
• (dus minder toename van flow t.o.v. de druktoename)
• Chaotische stroming zorgt voor fluctuerende mechanische belasting vaatwand
• Bloeddrukmeting maakt gebruik van turbulentie
  o Dichtknijpen vat zorgt voor sterke toename snelheid en dus hoger getal van Reynolds

Question 5

Disturbed flow

Answer 5

• Endotheelcellen aan binnenkant bloedvat zijn erg gevoelig voor het type flow dat ze zien
  o Oriëntatie/vorm van endotheelcellen wordt sterk beïnvloed door flow
• Locaties met chaotische stromingspatronen blijken sterk samen te hangen met o.a. atherosclerose (plaque depositie) en aneurysma’s
  o Stromingen schieten door (loslating) en zorgen voor wervels
   Loslating in de halsslagader kan leiden tot disturbed flow
• Atherosclerose ontstaat vooral bij bochten en aftakkingen
   Komt door disturbed flow (in de binnenbocht)

Question 6

Steady flow

Answer 6

• Het hart levert een pulserende drijvende kracht
• Twee consequenties van pulserende druk
  o Pulserende flow
   Maar ‘windkessel’ effect
   Drukgolven
  o Afvlakken snelheidsprofielen
   Vooral in grote bloedvaten
• Windkessel model – gebruik maken van elasticiteit van bloedvaten (werkt als filter)
  o Rigide bloedvaten heeft overal dezelfde flow ‘vorm’
   Zou ook tot stilstaand bloed leiden (tijdens diastole)
  o Elastische aorta –> aorta zwelt op en absorbeert deel van cardiac output
   Diastolische fase: aorta keert terug naar oorspronkelijke vorm
   Zorgt zo voor flow na systolische puls
• Verder van het hart is de flow verder uitgesmeerd en de basislijn is opgetild
  o Spreiding systolische flow
  o Hogere offset (stroming altijd groter dan 0)
  o Aanwezigheid diastolische piek

Question 7

Drukgolven

Answer 7

• Drukgolven lopen veel sneller door het systeem dan de eigenlijke stroming
  o Drukgolven zijn losgekoppeld van de stroming zelf (zorgen ook niet voor stroming!)
• Drukgolven ontstaan door compliantie van wand, niet door vloeistof zelf
• Stethoscoop op hart, vinger aan pols:
  o Drukgolf is al 0.1s na ‘hartslag’ te voelen in pols, terwijl stroomsnelheid max 1 m/s is
  o Snelheid vloeistof neemt af in kleine vaten, snelheid drukgolf juist toe

Question 8

Afvlakking drukgolven

Answer 8

• In relatief kleine vaten volgt de stroming de variatie van de drijvende kracht
• In de aorta en arteriën zorgt traagheid voor afvlakking en een fasen-verschuiving
  o Afvlakking snelheidsprofiel relevant voor metingen: snelheid  flow rate?
• Bloed stroomt met een hoge snelheid in een bepaalde richting
• Drukgolf zegt tegen flow dat hij de andere kant op moet
  o Door traagheid moet bloed eerst afremmen voordat het terug kan
   Die vertraging hangt af van de oorspronkelijke snelheid
• Aan de wanden is de snelheid laag
  o Dus bloed kan sneller de veranderingen volgen
   Geen faseverschil aan de wanden
  o In het midden wel een faseverschuiving
• In grote bloedvaten mag je er niet vanuit gaan dat er een parabool is
  o Poiseuille niet geldig

Question 9

Instroom effecten en bochten

Answer 9

• Bloedvaten zijn geen ‘oneindig lange, rechte buizen’
  o Bv. uitstroom hart, vertakkingen, kleppen, bochten
• Direct na een vertakking zal er geen parabool zijn
  o Instroom begint vlak, maar zal parabool worden (volledig ontwikkeld)
   Pas bij paraboolvorm is Poiseuille geldig
• Spanning op de wand is evenredig met snelheidsgradiënt maal de viscositeit
  o Aan het begin van de buis zijn de verliezen veel groter dan Poiseuille
   Dus grotere drukval nodig (want grotere gradiënten (aan wand))
• Kleiner bloedvat geeft ook kleinere inlaadlengte (lengte tot stroming parabool is)

Question 10

Bochten

Answer 10

• De buizen zijn gekromd: maximum wordt naar buiten geduwd
  o Symmetrisch profiel naar asymmetrisch profiel
   Asymmetrische krachten op vaatwand  relevant voor ontwikkeling bepaalde organen
  o Weerstandskrachten in buitenbocht groter dan in binnenbocht
  o Dus groter snelheidsverschil tussen wand en flow in de buitenbocht
   Steilere helling –> grotere wandschuifspanning
  o Wederom hogere drukval dan Poiseuille voorspelt
• Stenose versterkt zichzelf door turbulente flow na de stenose
  o Door de turbulente flow ontstaat stenose, waardoor meer turbulente flow ontstaat