Μελέτη ροής σε ταλαντούμενο δοχείο με επίστρωση κυττάρων

Abstract

Στην παρούσα διπλωματική μελετάται ο αριθμητικός υπολογισμός πεδίου ροής σε δοχείο καλλιέργειας κυττάρων που υπόκειται σε ταλαντούμενη κίνηση. Σχεδιάζεται ένα μοντέλο in vitro έκθεσης πρωτογενών ενδοθηλιακών καλλιεργειών σε καθορισμένες μεταβολές διατμητικής τάσης και εστιάζει στις χαμηλές διατμητικές τάσεις. Το δοχείο, το οποίο τοποθετείται επάνω σε οριζόντια συσκευή ταλάντωσης (reciprocating platform shaker), ταλαντώνεται οριζόντια κατά τη μεγάλη διάσταση της βάσης του με ρυθμιζόμενη συχνότητα ταλάντωσης. Η βάση του επιστρώνεται με στρώμα κυττάρων, το οποίο καλύπτεται με καλλιεργητικό τροφικό υγρό συγκεκριμένου ύψους. Η ταλάντωση του δοχείου οδηγεί σε ταλάντωση του υγρού που επικαλύπτει τα κύτταρα. Η ροή του υγρού είναι συνεκτική, με ελεύθερη επιφάνεια και τα κύματα της ανακλώνται στα τοιχώματα του δοχείου. Τα κύτταρα υπόκεινται σε ταλαντούμενο πεδίο διατμητικών τάσεων. Οι κατανομές των διατμητικών τάσεων στην επιφάνεια της βάσης του δοχείου, όπου βρίσκονται τα κύτταρα, ο υπολογισμός τους καθώς και ο υπολογισμός του πεδίου ροής, θα γίνουν με τη βοήθεια του εμπορικού λογισμικού ANSYS-FLUENT.

In this thesis is being studied the numerical computation of the flow field in a container with cells coating which is oscillating. The in vitro model of this container is being tested under specific change of the shear stress. The container is placed on a reciprocating platform shaker, which has the option of adjustable angular frequency and oscillates horizontally. Its base is being coated by a layer of cells and is covered with cell culture medium of particular height. The oscillation of the container concludes in the oscillation also of the liquid that overlays the cells. The fluid flow is viscous and with a free surface. The cells are underlying an oscillating field of shear stress. The numerical computations of the flow field and the distribution of the shear stresses on the bottom wall of the container, where the cell coating is, are being studied with the commercial program ANSYS-FLUENT.