Dynamics and rheology of a suspension of vesicles and red blood cells
Dynamique et rhéologie d'une suspension de vésicules et globules rouges
Résumé
The dynamics and the rheology of a suspension of vesicles (a model for red blood cells) in the limit of small Reynolds number are studied by means of two-dimensional numerical simulations, based on the boundary integral and phase field methods. The focus is on the link between the microscopic dynamics of the particles and the overall behavior of the suspension (i.e. rheology). A dilute suspension of vesicles in a linear shear flow is analyzed in detail and the influence of the three parameters governing the dynamics of a single vesicle (reduced volume; viscosity contrast; capillary number) is extensively described. The nontrivial behavior of the rheological quantities (effective viscosity and normal stress difference) is explained and the role of the membrane of the vesicle detailed. The influence of the curvature of the flow lines on the dynamics of the vesicles is investigated for the first time, and consistent inward migration is reported. The suggested interpretation remains valid for the flow of the majority of complex fluids, like emulsions and polymer suspensions, and is thus expected to have an impact in other fields. Moreover, the behavior of a suspension of vesicles in a microscopic Taylor-Couette cell is investigated, and a transition to ordered states is reported at very low volume fraction. The behavior of sets of vesicles in a parabolic flow, a setup that mimics red blood cells in the microvasculature, is presented. Vesicles submitted to s
On étudie la dynamique et la rhéologie d'une suspension de vésicules (un modèle pour les globules rouges) dans la limite de faibles nombres de Reynolds en utilisant des simulations numériques, basées sur les méthodes des intégrales au bord et du champ de phase. L'attention est mise sur le lien entre la dynamique microscopique des particules et le comportement d'ensemble de la suspension (c. à d. la rhéologie). On analyse une suspension diluée de vésicules dans un écoulement de cisaillement linéaire et on décrit en détail l'influence des paramètres qui en gouvernent la dynamique. On explique le comportement complexe des grandeurs rhéologiques (viscosité effective et différence des contraintes normales) et on détail le rôle de la membrane de la vésicule. On examine l'influence de la courbure des lignes d'écoulement sur la dynamique des vésicules, et on reporte une migration non-négligeable dans la direction de concavité. L'interprétation donnée reste valable pour la plupart des fluides complexes, comme les émulsions et les suspensions de polymères. De plus, on a investigué le comportement d'une suspension de vésicules dans un apparat de Taylor-Couette microscopique, et une transition vers des états ordonnés à été mise en évidence à des fractions volumiques très faibles. On étudie aussi le comportement d'ensembles de vésicules dans un écoulement parabolique, une situation qui imite les globules rouges dans les capillaires sanguins. Les vésicules, soumises au seules forces hydrodynamiques, forment des agrégats de taille finie, un fait qui pourrait être d'importance physiologique.