Течение жидкости в замкнутой полости ротационного биологического реактора для регенерации костной ткани
П.М. Ларионов1, В.Л. Ганимедов2, Н.А. Маслов2, Е.О. Цибульская2
1Новосибирский государственный университет, Новосибирск, Россия
2Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича СО РАН, Новосибирск, Россия
ganim@itam.nsc.ru
Ключевые слова: математическое моделирование, вычислительный алгоритм, ротационный биореактор, вихри Тейлора, уравнения Навье-Стокса, ламинарный режим течения, касательное напряжение, коаксиальные цилиндры, скаффолд, mathematical simulation, numerical algorithm, rotational bioreactor, Taylor’s vortices, Navier-Stokes equations, laminar flow, shear stress, coaxial cylinders, scaffold
Страницы: 953-962
Аннотация
На основе созданной математической модели исследуется гидродинамика ротационного биологического реактора для выращивания костной ткани по технологии in vitro . Цель работы ¾ определение оптимального режима вращения биологического реактора, обеспечивающего циклическое силовое воздействие жидкости на заселенный клетками биоматериал. За основу для создания математической модели биологического реактора выбран используемый в исследовательской практике ротационный биологический реактор, течение жидкости в котором генерируется за счет вязкости при вращении поверхности. Для математического описания течения в полости реактора привлекалась система уравнений Навье-Стокса. Режим течения в пограничном слое постулировался ламинарным. В вычислительном алгоритме используется газодинамический решатель «Fluent» пакета прикладных программ ANSYS-12. Рассмотрено четыре варианта генерации вращательного движения жидкости в полости реактора. Выполнена серия параметрических расчетов по частоте вращения f в диапазоне 0,05 £ f £ 0,25 Гц. Приведена визуализация полей скорости в меридиональной плоскости. В рабочей зоне реактора представлены и проанализированы локальные распределения на поверхности касательного напряжения и давления. Расчеты показали, что способ генерации движения жидкости путем вращения внешнего цилиндра со смещенной осью вращения лучше всего подходит для создания циклической по давлению и касательному напряжению нагрузки на биологический материал.
|
