Please use this identifier to cite or link to this item:
Title: A constitutive rheological model for agglomerating blood derived from non-equilibrium thermodynamics
Other Titles: Ένα ρεολογικό καταστατικό μοντέλο για το αίμα που συσσωματώνεται μέσω της θερμοδυναμικής εκτός ισορροπίας
Authors: Τσιμούρη, Ιωάννα
Keywords: Blood
Keywords (translated): Αίμα
Abstract: Many deaths are the result of cardiovascular diseases associated with unusual blood rheological properties in the circulatory system [Yilmaz and Gundogdu (2008)]. Therefore, understanding the rheological behavior of blood is paramount in providing insights on the causes of various diseases and the tailor-design of the transport of drug directly to the infected area [Yilmaz and Gundogdu (2008)]. Blood is mainly a suspension of elastic particulate cells, among which red blood cells (RBCs) dominate, in plasma, usually considered as a Newtonian fluid. Red blood cells tend to aggregate in the presence of plasma proteins, forming structures known as rouleaux which can be decomposed upon the applied tension induced by the flow. In this master thesis, we derive a constitutive rheological model for human blood which accounts for the formation and dissociation of rouleaux using the generalized bracket formulation of non-equilibrium thermodynamics [Beris and Edwards (1994)]. Similar to the model derived by Owens and coworkers [Owens (2006); Fang and Owens (2006); Moyers-Gonzalez et al. (2008)] through polymer network theory, each rouleau in our model is represented as a dumbbell; the corresponding structural variable is the conformation tensor of the dumbbell. The kinetics of rouleau formation and dissociation is treated as in German et al. (2013) by assuming a set of reversible reactions, each characterized by a forward and a reverse rate constant. The final set of evolution equations for the microstructure of each rouleau and the expression for the stress tensor turn out to be very similar to those of Owens and co-workers. However, by explicitly considering a mechanism for the formation and breakage of rouleaux, our model further provides expressions for the aggregation and disaggregation rates appearing in the final transport equations, which in the kinetic theory-based network model of Owens were absent and had to be specified separately. Despite this, the two models are found to provide similar descriptions of the experimental data collected by Mehri et al. (2013) on the size distribution of rouleaux.
Abstract (translated): Πολλοί θάνατοι είναι αποτέλεσμα καρδιαγγειακών ασθενειών που σχετίζονται με ασυνήθιστες ρεολογικές ιδιότητες του αίματος στο κυκλοφορικό σύστημα [Yilmaz and Gundogdu (2008)]. Συνεπώς, η κατανόηση της ρεολογικής συμπεριφοράς του αίματος είναι υψίστης σημασίας παρέχοντας γνώση των αιτιών διάφορων ασθενειών καθώς επίσης και του σχεδιασμού της μεταφοράς φαρμάκων απευθείας στην μολυσμένη περιοχή [Yilmaz and Gundogdu (2008)]. Το αίμα είναι κυρίως ένα εναιώρημα ελαστικών σωματιδίων, εκ των οποίων τα ερυθρά αιμοσφαίρια (ΕΑ) επικρατούν, στο πλάσμα, που συνήθως θεωρείται Νευτώνειο ρευστό. Τα ερυθρά αιμοσφαίρια τείνουν να συσσωματώνονται παρουσία των πρωτεϊνών του πλάσματος, σχηματίζοντας κυλινδροειδείς δομές γνωστές και ως «rouleaux», οι οποίες μπορούν να διασπώνται υπό την εφαρμοζόμενη τάση που δημιουργείται από την ροή. Στην παρούσα μεταπτυχιακή διπλωματική εργασία, εξάγουμε ένα καταστατικό ρεολογικό μοντέλο για το ανθρώπινο αίμα, το οποίο περιγράφει το σχηματισμό και την αποσύνδεση των rouleaux μέσω του φορμαλισμού γενικευμένων αγκυλών της θερμοδυναμικής εκτός ισορροπίας [Beris and Edwards (1994)]. Όπως και στο μοντέλο του Owens και συνεργατών [Owens (2006); Fang and Owens (2006); Moyers-Gonzalez et al. (2008)] μέσω της θεωρίας δικτύου των πολυμερών, κάθε rouleaux στο μοντέλο μας αναπαρίσταται σαν ένα ελατήριο και η αντίστοιχη δομική μεταβλητή είναι ο τανυστής διαμόρφωσης του ελατηρίου. Η κινητική της συσσωμάτωσης και της διάσπασης των rouleaux εφαρμόζεται όπως στην δουλειά της German και άλλων (2013) υποθέτωτοντας ένα σετ αμφίδρομων αντιδράσεων, καθεμία από τις οποίες χαρακτηρίζεται από μία προς τα εμπρός και μία προς τα πίσω σταθερά ρυθμού. Το τελικό σετ των εξισώσεων εξέλιξης για την μικροδομή κάθε rouleau και η έκφραση για τον τανυστή των τάσεων αποδεικνύεται ότι είναι πολύ όμοια με αυτά των Owens και συνεργατών. Ωστόσο, με την άμεση θεώρηση του μηχανισμού για την συσσωμάτωση και την διάσπαση των rouleaux, το μοντέλο μας επιπλέον παρέχει εκφράσεις για τους ρυθμούς συσσωμάτωσης και διάσπασης που εμφανίζονται στις τελικές εξισώσεις μεταφοράς, οι οποίες στο μοντέλο του Owens και συνεργατών, που βασίζεται στην κινητική θεωρία των πολυμερών, απουσίαζαν και έπρεπε να προσδιοριστούν ξεχωριστά. Παρόλα αυτά, τα δύο μοντέλα παρέχουν όμοια περιγραφή των πειραματικών δεδομένων που συγκέντρωσε ο Mehri και άλλοι (2013) για την κατανομή μεγέθους των rouleaux.
Appears in Collections:Τμήμα Χημικών Μηχανικών (ΜΔΕ)

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
Master Thesi Last!!!.pdf1.69 MBAdobe PDFView/Open

Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.