本文標題："不同的圓錐角度和旋轉速度對轉盤間的流場的影響-生物科學"
發布者：yiyi ------ 分類: 站內動態 ------ 人瀏覽過 -----時間：2013-2-28 0:49:42
不同的圓錐角度和旋轉速度對于轉盤間的流場的影響-生物科學
血管內層細胞（Vascular Endothelial Cell）位于血管之
內層并作為血管之內襯而與血液接觸，血液流動所產生
之剪應力即直接作用于血管內層細胞。于人體之動脈中，
作用于血管內層細胞之剪應力，在一般狀況下為 2~20
2
/
dynes cm [3]，而在特殊部位如管分叉或高曲度彎管之外
側，剪應力可高至 100
2
/
dynes cm 。于[4] ~ [8]中均有針對
剪應力對血管內層細胞之影響作過研究，他們發現血管內
層細胞在受到固定之剪應力作用一段時間后，其完整性、
外形變化、再生性或生化活動均有明顯的不同。Niklason, et
al.[9]以管流方式進行血管細胞培養實驗，由其實驗數據可
知血管細胞經五週及八週剪應力作用后之成長現象
進行血管細胞培養將造成血管細胞除受剪應力影
響外，另會有垂直正向之壓力作用，故無法針對剪應力對
血管內層細胞之影響作深入研究。而圓錐-平板黏度計裝置
具備精確量測流體黏度之優點，其亦可由控制圓錐之轉速
以調整流體對底部平板所產生之剪應力大小，故設計類似
于圓錐-平板裝置以分析剪應力對血管細胞作用后之影
響，將較以管流方式進行血管細胞培養之實驗更具有定量
分析之研究價值，故其亦可作為研究血管內層細胞在受固
定流體剪應力作用下會有何反應之主要設備[10] ~ [14]。
本研究即欲以數值模擬方式研究位于旋轉圓錐與固定
平板間流體之運動狀態，并以不同圓錐角度及不同之旋轉
速度研究近似于血液之流體作用于固定平板上之剪應力變
化，藉此評估此具產生剪應力功能圓錐-平板裝置之性能及
設計參數，以作為設計、制作具不同圓錐角度及不同剪應
力模式功能之圓錐-平板裝置之重要基礎
旋轉圓盤系統之研究可朔自 1921 年 Von Karman [15]
之研究，雖然其外型結構簡單，但因兩轉盤間因旋轉而使
其內部流場受科氏力與離心力之作用，此即造成流體以曲
徑運動及產生複雜之非線性流動現象，此即造成旋轉平板
與固定平板間所產生之剪應力會隨著不同位置而有所不
同。但如將上方帶動流體運動之圓盤改為圓錐時，圓錐之
角度變化則成為另一改變流場之變數。當角度很小時，于
旋轉圓錐與靜止平板間流體之流動乃處于線性之狀態而造
成作用于平板上之剪應力為一定值，此可應用于血管內層
細胞或血管組織之研究，使血管內層細胞或血管組織受固
定剪應力作用一段時間后觀察其所發生之變化。
藉由數值模擬方法可了解并研析複雜之三維旋轉流
場，并可研究不同之圓錐角度和旋轉速度對于轉盤間的流
場之影響。圖 1 所示即為旋轉圓錐與固定平板之裝置設計
及其流場之物理模式示意圖，下方平板部分即可于一適當
位置放置培養皿及所欲培養之細胞。因藉由圓錐旋轉變化
可產生符合于生理情況之剪應力大小變化
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