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In vitro characterization of Lagrangian fluid transport downstream of a dysfunctional bileaflet mechanical aortic valve

Ahmed Darwish, Giuseppe Di Labbio, Wael Saleh et Lyes Kadem

Article de revue (2020)

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Abstract

This experimental study aims to explore the Lagrangian nature of fluid transport downstream of a bileaflet mechanical aortic valve under different malfunction scenarios that might be encountered clinically. Time-resolved planar particle image velocimetry measurements are performed to extract instantaneous velocity fields downstream of the bileaflet mechanical valve implanted in an elastic aortic model. The results show an increase in particle residence time with the severity of malfunction. This is attributed to the expansion of the recirculation regions downstream of the valve. The time-evolution of Lagrangian coherent structures over one cardiac cycle (using finite-time Lyapunov exponent fields) shows the effect of valve dysfunction on the material transport and its barriers inside the aorta. The unbalanced flow through the dysfunctional leaflets leads to a significant redistribution of the LCS, thus the fluid transport along the ascending aorta. Moreover, a new technique for the evaluation of the highest accumulated shear stresses is applied along the Lagrangian trajectory of particles being released from the extracted Lagrangian coherent structures where the highest stretching occurs. Finally, the induced non-laminar flow behavior by the valve dysfunction is analyzed using the time-frequency spectra of velocity signals at selected points in the ascending aorta.

Mots clés

Lyapunov exponent; Dynamical systems; Probability theory; Frequency spectrum; Fluid dynamics; Flow visualization; Laminar flows; Platelets; Cardiac cycle; Cardiovascular system

Sujet(s): 1900 Génie biomédical > 1900 Génie biomédical
2100 Génie mécanique > 2100 Génie mécanique
2200 Mécanique des fluides > 2200 Mécanique des fluides
Département: Département de génie mécanique
Centre de recherche: LADYF - Laboratoire de dynamique des fluides
Organismes subventionnaires: GRSNG / NSERC, Vanier Canada - Graduate Scholarship
Numéro de subvention: 343164-07
URL de PolyPublie: https://publications.polymtl.ca/9306/
Titre de la revue: AIP Advances (vol. 10, no 9)
Maison d'édition: AIP Publishing
DOI: 10.1063/5.0021372
URL officielle: https://doi.org/10.1063/5.0021372
Date du dépôt: 14 août 2023 15:28
Dernière modification: 10 avr. 2024 06:42
Citer en APA 7: Darwish, A., Di Labbio, G., Saleh, W., & Kadem, L. (2020). In vitro characterization of Lagrangian fluid transport downstream of a dysfunctional bileaflet mechanical aortic valve. AIP Advances, 10(9), 095319 (15 pages). https://doi.org/10.1063/5.0021372

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