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Un enfoque híbrido de continuo-partícula para la simulación de interacción fluido-estructura de glóbulos rojos en flujos fluidos

Autores: Akerkouch, Lahcen; Le, Trung Bao

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2021

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Acceso abierto

Artículo científico
2021

Un enfoque híbrido de continuo-partícula para la simulación de interacción fluido-estructura de glóbulos rojos en flujos fluidos


Categoría

Ingeniería y Tecnología

Subcategoría

Ingeniería Mecánica

Palabras clave

Transporte
Células
Flujo de fluidos
Métodos computacionales
Interacción fluido-estructura
Dinámica celular

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 1

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
El transporte de células en el flujo de fluidos juega un papel crítico en muchos procesos fisiológicos del cuerpo humano. Los desarrollos recientes de técnicas in vitro han permitido comprender la dinámica celular en condiciones de laboratorio. Sin embargo, es un desafío obtener características precisas de la dinámica celular utilizando solo métodos experimentales, especialmente en condiciones in vivo. Este desafío motiva nuevos desarrollos de métodos computacionales para proporcionar datos complementarios que las técnicas experimentales no pueden ofrecer. Dado que existe una gran disparidad en las escalas espaciales y temporales en este problema, que requiere simular un gran número de células, es muy deseable desarrollar un método numérico eficiente para la interacción de células y flujos de fluidos. En este trabajo, se propone una nueva formulación de Interacción Fluido-Estructura basada en el uso de un enfoque híbrido continuo-partícula, que puede resolver la dinámica local de las células mientras proporciona patrones de flujo a gran escala en el vaso vascular. Aquí, se utiliza el modelo de Dinámica de Partículas Disipativas (DPD) para la membrana celular en conjunto con el Método de Frontera Inmersa (IBM) para el plasma fluido. Nuestros resultados muestran que la nueva formulación es altamente eficiente en el cálculo de la deformación de las células dentro del flujo de fluidos mientras satisface las restricciones de incomprensibilidad del fluido. Demostramos que es posible acoplar el DPD con el IBM para simular la dinámica compleja de los glóbulos rojos (RBC) como el paracaidismo. Nuestra observación clave es que el acoplamiento propuesto permite la simulación de la dinámica de los RBC en arteriolas realistas mientras se asegura la restricción de incomprensibilidad para el plasma fluido. Por lo tanto, el método propuesto permite una estimación precisa de las tensiones de corte del fluido en la superficie de los RBC simulados. Nuestros resultados sugieren que esta metodología híbrida puede extenderse a una variedad de células en condiciones fisiológicas.

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