Measurement of thermal radiative and mass transfer of peristaltic pumping of electrically-conducting bio-bi-phase flow due to metachronal wave: Eukaryotic cells in biological applications

• DOI: 10.1016/j.csite.2023.103196
• Publication Date: 2023-07-01T00:57:57Z
• Authors: Nidhal Ben Khedher; Nouman Ijaz; Ahmad Zeeshan; Najma Saleem; Sadia Samar Ali; Ferjeni Zouidi; Arshad Riaz; ElSayed M. Tag-ElDin
• Keywords: Heat Transfer Enhancement in Nanofluids; Influence of Magnetic Fields on Biological Systems; Cell biology; Peristaltic movement; Cilium; Newtonian fluid; Physiology; Biomedical Engineering; Ree-eyring fluid model; FOS: Medical engineering; Mechanics; Engineering; Fluid dynamics; Biochemistry, Genetics and Molecular Biology; Heat transfer; Single-Molecule Experiments; Mass transfer; Stochastic Thermodynamics and Fluctuation Theorems; Biology; Physics; Porous medium; Life Sciences; Statistical and Nonlinear Physics; Engineering (General). Civil engineering (General); Materials science; Magnetic field; Cilium motion; Physics and Astronomy; FOS: Biological sciences; Physical Sciences; Peristalsis; Multiphase flow; TA1-2040; Anatomy; Viscous liquid

Cilia motion are commonly located in mammalian cells of living organisms which is continually grow and feature conspicuously. The ciliary apparatus is associated to cell cycle movement and proliferation, and cilia show a dynamic part in human and animal growth and in everyday life. The measurement of a solo cilium is one to tenth micrometres and width is less than one micrometre. A large number of varieties is originated such as inner ear, kidney, oviduct, eye, testes, olfactory epithelium and respiratory tract. Protozoa, algae, and several small invertebrates are examples of creatures that frequently exhibit metachronal waves in their cilia and flagella. These waves generate an overall propulsive force that enables the movement of these organisms in fluid settings. Cilia or flagella can provide fluid flow that drives the creature ahead or allows it to move particles or other materials around it by producing a travelling wave motion. Motivation of these applications, Present study is measurement of thermal and mass transfer in beating cilia of multiphase peristaltic pumping of non-Newtonian Ree-Eyring fluid in two- and three-dimensional channel using transvers magnetohydrodynamics in porous medium. Two systems of the governing equations both phases dusty and fluid phase are formulated for the non-Newtonian Ree-Eyring fluid. Calculated exact solutions for fluid phase velocity, particulate phase velocity, temperature, concentration and pressure gradient respectively. Also, physical behaviour is discussed by plotting the graph of different dimensionless parameters on both phases solid-liquid on velocity, thermal and concentration. Trapping phenomenon is visualized by plotting the stream lines of different dimensionless parameters on velocity of Ree-Eyring fluid and magnetic field.<br/>توجد حركة الأهداب عادة في خلايا الثدييات للكائنات الحية التي تنمو باستمرار وتتميز بشكل واضح. يرتبط الجهاز الهدبي بحركة دورة الخلية وانتشارها، وتظهر الأهداب دورًا ديناميكيًا في نمو الإنسان والحيوان وفي الحياة اليومية. يبلغ قياس الهدب المنفرد من واحد إلى عشرة ميكرومترات والعرض أقل من ميكرومتر واحد. ينشأ عدد كبير من الأصناف مثل الأذن الداخلية والكلى وقناة البيض والعين والخصيتين والظهارة الشمية والجهاز التنفسي. تعد البروتوزوا والطحالب والعديد من اللافقاريات الصغيرة أمثلة على المخلوقات التي تظهر في كثير من الأحيان موجات متزامنة في أهدابها وسوطها. تولد هذه الموجات قوة دفع شاملة تمكن هذه الكائنات من الحركة في أوضاع السوائل. يمكن أن توفر الأهداب أو السوط تدفق السوائل الذي يدفع الكائن إلى الأمام أو يسمح له بتحريك الجزيئات أو المواد الأخرى حوله من خلال إنتاج حركة موجة متحركة. الدافع وراء هذه التطبيقات، الدراسة الحالية هي قياس النقل الحراري والكتلي في ضرب أهداب الضخ التمعجي متعدد الأطوار لسائل Ree - Eyring غير النيوتوني في قناة ثنائية وثلاثية الأبعاد باستخدام الديناميكا المائية المغناطيسية المستعرضة في وسط مسامي. تمت صياغة نظامين من المعادلات الحاكمة لكل من الطور الترابي وطور السوائل لسائل Ree - Eyring غير النيوتوني. المحاليل الدقيقة المحسوبة لسرعة طور المائع وسرعة طور الجسيمات ودرجة الحرارة والتركيز وتدرج الضغط على التوالي. أيضًا، تتم مناقشة السلوك الجسدي من خلال رسم الرسم البياني للمعلمات المختلفة غير البُعدية على كلا المرحلتين الصلبة والسائلة على السرعة والحرارية والتركيز. يتم تصور ظاهرة المحاصرة من خلال رسم خطوط التدفق للمعلمات المختلفة غير البُعدية على سرعة سائل Ree - Eyring والمجال المغناطيسي.<br/>Le mouvement des cils est généralement localisé dans les cellules mammifères d'organismes vivants qui se développent et se caractérisent de manière évidente. L'appareil ciliaire est associé au mouvement et à la prolifération du cycle cellulaire, et les cils montrent une partie dynamique dans la croissance humaine et animale et dans la vie quotidienne. La mesure d'un cil seul est de un à dix micromètres et la largeur est inférieure à un micromètre. Un grand nombre de variétés sont originaires telles que l'oreille interne, le rein, l'oviducte, l'œil, les testicules, l'épithélium olfactif et les voies respiratoires. Les protozoaires, les algues et plusieurs petits invertébrés sont des exemples de créatures qui présentent fréquemment des ondes métachroniques dans leurs cils et leurs flagelles. Ces ondes génèrent une force de propulsion globale qui permet le mouvement de ces organismes dans des environnements fluides. Les cils ou les flagelles peuvent fournir un écoulement de fluide qui pousse la créature vers l'avant ou lui permet de déplacer des particules ou d'autres matériaux autour d'elle en produisant un mouvement d'onde progressive. Motivation de ces applications, La présente étude est la mesure du transfert thermique et de masse dans les cils battants du pompage péristaltique multiphasique du fluide Ree-Eyring non newtonien dans un canal bidimensionnel et tridimensionnel en utilisant la magnétohydrodynamique transversale en milieu poreux. Deux systèmes d'équations régissant les phases poussiéreuse et fluide sont formulés pour le fluide Ree-Eyring non newtonien. Calcul des solutions exactes pour la vitesse de la phase fluide, la vitesse de la phase particulaire, la température, la concentration et le gradient de pression respectivement. En outre, le comportement physique est discuté en traçant le graphique de différents paramètres sans dimension sur les deux phases solide-liquide sur la vitesse, la température et la concentration. Le phénomène de piégeage est visualisé en traçant les lignes de courant de différents paramètres sans dimension sur la vitesse du fluide Ree-Eyring et du champ magnétique.<br/>El movimiento de los cilios se encuentra comúnmente en las células de mamíferos de organismos vivos que crecen continuamente y se caracterizan visiblemente. El aparato ciliar está asociado al movimiento y proliferación del ciclo celular, y los cilios muestran una parte dinámica en el crecimiento humano y animal y en la vida cotidiana. La medida de un cilio solo es de uno a diez micrómetros y el ancho es inferior a un micrómetro. Se origina un gran número de variedades como el oído interno, el riñón, el oviducto, el ojo, los testículos, el epitelio olfativo y el tracto respiratorio. Los protozoos, las algas y varios pequeños invertebrados son ejemplos de criaturas que con frecuencia exhiben ondas metacronales en sus cilios y flagelos. Estas ondas generan una fuerza propulsora general que permite el movimiento de estos organismos en entornos fluidos. Los cilios o flagelos pueden proporcionar un flujo de fluido que impulsa a la criatura hacia adelante o le permite mover partículas u otros materiales a su alrededor al producir un movimiento de onda progresiva. Motivación de estas aplicaciones, El presente estudio es la medición de la transferencia térmica y de masa en cilios batidos de bombeo peristáltico multifásico de fluido Ree-Eyring no newtoniano en canal bidimensional y tridimensional utilizando magnetohidrodinámica transversal en medio poroso. Se formulan dos sistemas de las ecuaciones que rigen tanto la fase polvorienta como la fase fluida para el fluido Ree-Eyring no newtoniano. Soluciones exactas calculadas para la velocidad de la fase fluida, la velocidad de la fase de partículas, la temperatura, la concentración y el gradiente de presión, respectivamente. Además, el comportamiento físico se discute trazando el gráfico de diferentes parámetros adimensionales en ambas fases sólido-líquido en velocidad, térmica y concentración. El fenómeno de atrapamiento se visualiza trazando las líneas de corriente de diferentes parámetros adimensionales sobre la velocidad del fluido Ree-Eyring y el campo magnético.<br/>