Effective equations describing the flow of a viscous incompressible fluid through a long elastic tube

Sunčica Čanić; Andro Mikelić

doi:10.1016/S1631-0721(02)01517-6

Effective equations describing the flow of a viscous incompressible fluid through a long elastic tube
[Equations efficaces décrivant l'écoulement d'un fluide visqueux incompressible dans un tuyau long et élastique]

Sunčica Čanić ¹ ; Andro Mikelić ²

¹ Department of Mathematics, University of Houston, Houston, TX 77204-3476, USA
² UFR mathématiques, Université Claude Bernard Lyon 1, bât. 101, 43, bd. du 11 novembre 1918, 69622 Villeurbanne cedex, France

Comptes Rendus. Mécanique, Volume 330 (2002) no. 10, pp. 661-666.

Résumé
Abstract

Nous considérons l'écoulement d'un fluide incompressible visqueux à travers un tuyau long et de faible épaisseur, ayant la paroi latérale obéissant aux équations de Navier pour une membrane courbe élastique linéaire. L'écoulement est régi par une petite chute de pression entre l'entrée et la sortie du tuyau et on a un écoulement lent décrit par les équations de Stokes. En utilisant la méthode des développements asymptotiques, avec la réduction dimensionnelle dans la partie mince, nous obtenons les équations limites. Elles correspondent aux équations viscoélastiques de Biot pour la pression efficace et les déplacements efficaces. L'approximation est justifiée rigoureusement en obtenant une estimation d'erreur pour la vitesse, la pression et les déplacements « dilatés ». Des applications incluent l'écoulement sanguin dans des arterioles. Nous retrouvons la bien connue Loi de Laplace et donnons un nouveau modèle amélioré lorsque le module de cisaillement de la paroi n'est pas négligeable.

We study the flow of a viscous incompressible fluid through a long and narrow elastic tube whose walls are modeled by the Navier equations for a curved, linearly elastic membrane. The flow is governed by a given small time dependent pressure drop between the inlet and the outlet boundary, giving rise to creeping flow modeled by the Stokes equations. By employing asymptotic analysis in thin, elastic, domains we obtain the reduced equations which correspond to a Biot type viscoelastic equation for the effective pressure and the effective displacement. The approximation is rigorously justified by obtaining the error estimates for the velocity, pressure and displacement. Applications of the model problem include blood flow in small arteries. We recover the well-known Law of Laplace and provide a new, improved model when shear modulus of the vessel wall is not negligible.

Reçu le : 2002-07-01
Publié le : 2002-09-24

DOI : 10.1016/S1631-0721(02)01517-6

Keywords: fluid mechanics, creeping blood flow, viscoelasticity
Mots-clés : mécanique des fluides, écoulement sanguin lent, viscoélasticité

Affiliations des auteurs :

Sunčica Čanić ¹ ; Andro Mikelić ²

¹ Department of Mathematics, University of Houston, Houston, TX 77204-3476, USA
² UFR mathématiques, Université Claude Bernard Lyon 1, bât. 101, 43, bd. du 11 novembre 1918, 69622 Villeurbanne cedex, France

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Sunčica Čanić; Andro Mikelić. Effective equations describing the flow of a viscous incompressible fluid through a long elastic tube. Comptes Rendus. Mécanique, Volume 330 (2002) no. 10, pp. 661-666. doi : 10.1016/S1631-0721(02)01517-6. https://comptes-rendus.academie-sciences.fr/mecanique/articles/10.1016/S1631-0721(02)01517-6/

Bibliographie
Cité par

[1] A. Quarteroni; M. Tuveri; A. Veneziani Computational vascular fluid dynamics: problems, models and methods. Survey article, Comput. Visual. Sci, Volume 2 (2000), pp. 163-197

[2] M.S. Olufsen; C.S. Peskin; W.Y. Kim; E.M. Pedersen; A. Nadim; J. Larsen Numerical simulation and experimental validation of blood flow in arteries with structured-tree outflow conditions, Ann. Biomed. Engrg, Volume 28 (2000), pp. 1281-1299

[3] P.G. Ciarlet Plates and Junctions in Elastic Multi-Structures, RMA, 14, Masson, Paris, 1990

[4] Y.C. Fung Biomechanics: Mechanical Properties of Living Tissues, Springer, New York, 1993

[5] S. Čanić Blood flow through compliant vessels after endovascular repair: wall deformations induced by the discontinuous wall properties, Comput. Visual. Sci, Volume 4 (2002) no. 3, pp. 147-155

[6] H. Dridi Comportement asymptotique des équations de Navier–Stokes dans des domaines applatis, Bull. Sci. Math, Volume 106 (1982), pp. 369-385

[7] W. Jäger; A. Mikelić On the effective equations for a viscous incompressible fluid flow through a filter of finite thickness, Comm. Pure Appl. Math, Volume LI (1998), pp. 1073-1121

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