Bitte benutzen Sie diese Referenz, um auf diese Ressource zu verweisen: doi:10.22028/D291-30006
Titel: Simulation of red blood cells in microcapillaries : on the study of a deformable particle in steady and oscillating Poiseuille flow
VerfasserIn: Boujja, Zakaria
Sprache: Englisch
Erscheinungsjahr: 2019
Kontrollierte Schlagwörter: Blutzelle
Randelemente-Methode
Poiseuille-Strömung
Freie Schlagwörter: Rote Blutzellen
Oszillierende Poiseuille-Strömung
Vezikel
red blood cell
Poiseuille flow
oscillating Poiseuille flow
boundary integral method
fluid-structure interaction
vesicle model
Helfrich model
DDC-Sachgruppe: 530 Physik
Dokumenttyp: Dissertation
Abstract: Red blood cells (RBCs) are the major cellular component of blood (about 98%). Therefore, they are the principal responsible for blood dynamics. At the scale of cells, the inertial forces are negligible and the blood flow is modeled with the Stokes equation. In this thesis, we present a two-dimensional numerical study of RBC behavior under flow using the capsule and the vesicle model. First, in a shear flow, we compare the motion and deformation of the shape in both models. Next, we investigate the behavior of a single, and a pair of vesicles in a steady and oscillating Poiseuille flow. For the steady Poseuille flow the shape of the vesicle depends on the flow strength, the mechanical properties of the membrane, and the width of the channel as reported in the past. The oscillation of the flow is introduced using amplitude modulation of the Poiseuille flow to mimic the pulsatile flow in the human circulatory system. We found that the flow oscillation can accelerate the transition of the vesicle from its initial to its final shape. We also observed shape transition of the Snaking shape (a shape where the vesicle shows an oscillatory motion like a swimmer flagella) to parachute or unconfined slipper shapes. For the pair of vesicles, the flow oscillation also decreases the distance between the vesicles. The influence of the oscillation flow was only observed for low flow rate. While for a higher rate, as the shape transition becomes instantaneous the influence of flow oscillation is then insignificant.
Rote Blutzellen (RBCs, engl. Red Blood Cells) sind der zelluläre Hauptbestandteil des Blutes (ca. 98%). Aufgrunddessen sind sie hauptverantwortlich für die dynamischen Eigenschaften des Blutes. Auf zellulärer Ebene sind die Inertialkräfte vernachlässigbar und die Blutströmung wird durch die Stokes-Gleichung modelliert. In der vorliegenden Arbeit präsentieren wir eine zweidimensionale numerische Studie des Verhaltens von RBC in Strömung mithilfe des Kapsel- sowie des Vesikelmodells. Als Erstes wird die Bewegung sowie die Deformation in beiden Modellen im Scherfluss verglichen. Im nächsten Schritt untersuchen wir das Verhalten eines einzelnen sowie eines Vesikelpaars in stationärer sowie oszillierender Poiseuilleströmung. Für stationäre Poiseuilleströmung wurde in der Vergangenheit bereits aufgezeigt, dass die Form des Vesikels von der Flussstärke, den mechanischen Eigenschaften der Membran sowie der Kanalbreite abhängt. Die Oszillation der Strömung wird mittels Amplitudenmodulation des Poiseuilleflusses erreicht und ahmt die pulsierende Strömung im menschlichen Kreislaufsystem nach. Es zeigte sich, dass die Strömungsoszillation den Übergang des Vesikels von seinem Anfangs- zu seinem Endzustand beschleunigen kann. Wir beobachteten auch den Übergang der «Snaking»-Form (ein Zustand, bei dem das Vesikel eine oszillierende Bewegung ähnlich einem Flagellum vollführt) zur «parachute»- oder «unconfined slipper»-Form. Für ein Vesikelpaar führt die Oszillation auch zu einer Verringerug des Abstandes zwischen den Vesikeln. Der Einfluss der oszillierenden Strömung wurde nur für niedrige Flussraten beobachtet. Für höhere Flussraten ist der Einfluss der Oszillation unerheblich, da der Übergang zwischen den Formen instantan erfolgt.
Link zu diesem Datensatz: urn:nbn:de:bsz:291--ds-300062
hdl:20.500.11880/28480
http://dx.doi.org/10.22028/D291-30006
Erstgutachter: Wagner, Christian
Tag der mündlichen Prüfung: 22-Okt-2019
Datum des Eintrags: 13-Dez-2019
Fakultät: NT - Naturwissenschaftlich- Technische Fakultät
Fachrichtung: NT - Physik
Sammlung:SciDok - Der Wissenschaftsserver der Universität des Saarlandes

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