Ανάπτυξη αλγoρίθμου για την υπολογιστική προσομοίωση της συμπεριφοράς μηχανικού αναλόγου ερυθροκυττάρου στη ροή του αίματος

 
δείτε την πρωτότυπη σελίδα τεκμηρίου
στον ιστότοπο του αποθετηρίου του φορέα για περισσότερες πληροφορίες και για να δείτε όλα τα ψηφιακά αρχεία του τεκμηρίου*
κοινοποιήστε το τεκμήριο




2016 (EL)
Ανάπτυξη αλγoρίθμου για την υπολογιστική προσομοίωση της συμπεριφοράς μηχανικού αναλόγου ερυθροκυττάρου στη ροή του αίματος

Βαλαής, Ευθύμιος

Σκοπός της παρούσας εργασίας αποτελεί η ανάπτυξη μαθηματικού μοντέλου και αλγορίθμου για τη μελέτη της κίνησης και παραμόρφωσης των ερυθρών αιμοσφαιρίων στη ροή του αίματος. Η δομή της κυτταρικής μεμβράνης διαμορφώνεται από ένα ελαστικό πρωτεϊνικό δίκτυο σπεκτρίνης, το οποίο καθορίζει κατά κύριο λόγο τη μηχανική της συμπεριφορά σε συνδυασμό με τη λιπιδική στιβάδα. Στο μοντέλο που υιοθετήθηκε, η μεμβράνη λαμβάνεται ως ένα ελαστικό σώμα αμελητέου πάχους αποτελούμενο από ένα δίκτυο κόμβων που συνδέονται και αλληλεπιδρούν μεταξύ τους μέσω ελατηρίων. Οι δυνάμεις που ασκούνται σε κάθε κόμβο υπολογίζονται από τις μεταβολές της ελαστικής ενέργειας, η οποία περιλαμβάνει όρους λόγω έκτασης των ελατηρίων και κάμψης των συνδέσμων, καθώς επίσης και επιφανειακής ενέργειας η οποία αποδίδεται στη λιπιδική στιβάδα. Η αλληλεπίδραση της μεμβράνης με το περιβάλλον ρευστό κατά τη ροή του αίματος προσομοιώνεται με τη μέθοδο immersed boundary. Εξετάστηκε η επίδραση των συντελεστών των τριών όρων της ενέργειας και διαπιστώθηκε επίδραση μόνο του συντελεστή κάμψης στο τελικό σχήμα του κυττάρου για δεδομένη τιμή μείωσης της επιφάνειας καθώς επίσης και συγκεκριμένο εύρος των άλλων συντελεστών σε στατική ισορροπία. Επίσης διεξήχθησαν προκαταρκτικές προσομοιώσεις κυττάρου σε ροή Couette και σε ροή Poiseuille. Αναφορικά με τη ροή Couette, επαληθεύτηκε το φαινόμενο tank – treading και συσχετίστηκαν οι συντελεστές ενέργειας των κόμβων με τη συχνότητα κίνησης της κυτταρικής μεμβράνης επί του κυτταροπλάσματος, ενώ αναφορικά με τη ροή Poiseuille, επαληθεύτηκε το σχήμα parachute για δεδομένες τιμές αδιάστατων ελαστικών παραμέτρων.
The purpose of this diploma thesis is the development of a mathematical model and an algorithm in order to study the motion and deformation of erythrocytes in blood flow. The cell membrane structure is characterized by an elastic network of the spectrin, a protein that mainly defines the mechanical behavior in conjunction with the lipid bilayer. In the model adopted, the membrane is considered as an elastic body of insignificant thickness which consists of a network of nodes. The nodes are connected and interact with one another via springs. The forces that are exerted on each node are calculated as a result of elastic energy change due to the stretching of the springs, bending between the nodes and surface change that is attributed to lipid bilayer. The interaction between the membrane and the ambient fluid is simulated by the immersed boundary method. The impact of the coefficients of the energy terms on the shape of the erythrocyte in the absence of flow was examined and it was deduced that solely the bending coefficient affects the shape of the erythrocyte for a certain range of the other coefficients and for specific area reduction in static balance. Additionally, preliminary numerical simulations were conducted for cells under Couette and Poiseuille flow. In the case of Couette flow, the tank – treading phenomenon was verified and the energy coefficients of membrane particles correlated with the frequency of the motion of cytoskeleton over cytoplasm. In the case of Poiseuille flow, the parachute like shape of erythrocyte was verified for certain values of dimensionless elastic parameters.

info:eu-repo/semantics/bachelorThesis
Graduate Thesis / Πτυχιακή Εργασία

Erythrocyte
Ερυθροκύτταρο
Numerical simulation
Ροή αίματος
Υπολογιστική προσομοίωση
Blood flow

Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης (EL)
Aristotle University of Thessaloniki (EN)

Ελληνική γλώσσα

2016
2016-11-09T09:32:11Z


Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης, Πολυτεχνική Σχολή, Τμήμα Χημικών Μηχανικών

This record is part of 'IKEE', the Institutional Repository of Aristotle University of Thessaloniki's Library and Information Centre found at http://ikee.lib.auth.gr. Unless otherwise stated above, the record metadata were created by and belong to Aristotle University of Thessaloniki Library, Greece and are made available to the public under Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International license (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0). Unless otherwise stated in the record, the content and copyright of files and fulltext documents belong to their respective authors. Out-of-copyright content that was digitized, converted, processed, modified, etc by AUTh Library, is made available to the public under Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International license (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0). You are kindly requested to make a reference to AUTh Library and the URL of the record containing the resource whenever you make use of this material.
info:eu-repo/semantics/openAccess



*Η εύρυθμη και αδιάλειπτη λειτουργία των διαδικτυακών διευθύνσεων των συλλογών (ψηφιακό αρχείο, καρτέλα τεκμηρίου στο αποθετήριο) είναι αποκλειστική ευθύνη των αντίστοιχων Φορέων περιεχομένου.