Inglese
English
Conoscenze di base di fisica ed analisi matematica
Basic knowledge of Physics and Mathematical Analysis
48 ore di lezione frontale
0 ore di esercizi
48 hours of class lectures
0 hours of exercises
L’insegnamento permette agli studenti di acquisire specifiche conoscenze negli ambiti multidisciplinari relativi alle applicazioni biomediche della Meccanica
dei Fluidi. In particolare, il corso è finalizzato ad approfondire gli aspetti di fluidodinamica applicati al sistema cardiocircolatorio.
Al fine di formulare e risolvere, anche in modo innovativo, problemi complessi legati all'ambito della BioFluidodinamica, lo studente dovrà sviluppare
capacità di risoluzione di problemi specifici legati alla bio-fluido dinamica.
L’insegnamento della BioFluidodinamica, contribuisce a costruire una cultura adeguata per descrivere analiticamente, simulare e controllare sistemi e segnali di interesse medico-biologico, con particolare riguardo a quelli di origine cardiovascolare
The course allows the students to acquire specific knowledge in the multidiscipliary aspects related to the biomedical applications of Fluid Mechanics. In
particular, the course aims at deepening the Fluid Dynamics aspects applied to the cardiovascular system
To the aim of formulating and solving, even in an innovative manner, complex problems related to BioFluidDynamics, the student will have to develop a
capability of tackling specific problems of bio-fluid dynamics
The teaching of the BioFluidDynamics contributes to establishing a culture needed to analytically describe, simulate and control systems of medical-biological interest, with specific reference to those of cardiovascular origin.
Introduzione. Peculiarità dei flussi fluidi fisiologici. Findamenti di meccanica dei fluidi. L'approssimazione di mezzo continuo. La statica dei fluidi. La Cinematica dei fluidi. Le equazioni del moto di un continuo fluido. Conservazione della massa e della quantitaà di moto. Il legame costitutivo per fluidi Newtoniani. Le equazioni di Navier-Stokes. Analisi di scale e dimensionale: il teorema di Buckingham. Le equazioni di Navier-Stokes adimensionali. La pressione dinamica. I moto irrotazionali. Le equazioni dei moti irrotazionali. Il teorema di Bernoulli per moti irrotazionali. Modelli reologici per fluidi non-Newtoniani. Fluidi non-Newtoniani indipendenti dal tempo. Materiali viscoelastici. Il sistema cardiovascolari. La reologia del sangue. Le funzioni principali del sangue. La composizione del sangue. Il plasma. La pressione osmotica. Gli elementi del sangue. La meccanica delle sospensione. Il cuore. Descrizione del sistema cardiovascolare. L'anatomia del cuore. Il ciclo cardiaco. La fluidodinamica del cuore. Le arterie sistemiche. Introduzione anatomica. La pressione trasmurale. Relazione tra pressione trasmurale e area della sezione. La propagazione delle onde nelle arterie. Il modello Windkessel. Soluzioni analitiche del flusso in condotte rettilinee. Caratteristiche del flusso in condotte curve. Il modello monodimensionale. Il modello monodimensionale lineare e inviscido.
Introduction. Peculiarities of physiological fluid flows. Basic notions of fluid mechanics. The Continuum Approach. Statics of fluids. Kinematics of fluids. Equations of motion for a continuum. Conservation of mass Conservation of momentum. Constitutive relationship for Newtonian fluids. The Navier-Stokes equations. Scaling and dimensional analysis. Scaling and dimensional analysis: Buckingham's theorem. Dimensionless Navier-Stokes equations. The dynamic pressure. Irrotational flows. The equation of motion for irrotational flows. Bernoulli equation for irrotational flows. Rheological models for non-Newtonian fluids. Time-independent non-Newtonian fluids. Viscoelastic materials. The cardiovascular system. Blood rheology. Main functions of blood. Blood composition. Plasma. The osmotic pressure. Formed elements in blood. Mechanics of suspensions. The heart. General description of the cardiovascular system. Anatomy of the heart. The cardiac cycle. Fluid dynamics of the heart. The systemic arteries. Anatomical introduction. The transmural pressure. Relationship between transmural pressure and cross-sectional area. Wave propagation in arteries. The Windkessel model. Analytical solutions of the flow in a straight pipe. Characteristics of the flow in a curved pipe. The one-dimensional model. One-dimensional linear inviscid model.
Esame orale
Per superare l'esame con esito positivo, lo studente deve dimostrare, attraverso la suddetta prova orale, di aver ben compreso gli aspetti teorici e utilizzare adeguatamente gli strumenti applicativi della Biofluidodinamica.
Voto in trentesimi, con eventuale lode
La prova orale consiste in tre domande. Ad ogni risposta viene attribuito un voto che puo' andare da 0 a 10. La lode verra' attribuitaa quegli studenti che, avendo raggiunto la votazione massimi, dimostreranno una completa padronanza della materia.
Oral test.
To positively pass the exam, the student has to demonstrate, through the above-mentioned test, to be well acquainted with both theoretical concepts and use of the applicative tools of the Biofluiddynamics.
Final mark, in thirtieths, with eventual honors.
The oral test consists of three questions. Each question will be marked between 0 and 10 points. Honours will be given to those students who, reaching the highest marks, demonstrate a full mastery of the topics.
Dispense del docente.
https://learn.univpm.it/enrol/index.php?id=7872
Si suggeriscono, come utili, anche i seguenti testi:
G.K. Batchelor. An Introduction to Fluid Dynamics.
Cambridge University Press, 1967.
C.G. Caro, T.J. Pedley, R.C. Schroter, and W.A. Seed. The Mechanics of the Circulation. Cambridge University Press, 2012.
T.J. Pedley. The Fluid Mechanics of Large Blood Vessels. Cambridge University Press, 1980.
W. White and J. Fine. Applied Biofluid Mechanics. Mc Graw Hill, 2007.
Instructor’s Lecture notes.
https://learn.univpm.it/enrol/index.php?id=7872
Useful are also the following textbooks:
G.K. Batchelor. An Introduction to Fluid Dynamics. Cambridge University Press, 1967.
C.G. Caro, T.J. Pedley, R.C. Schroter, and W.A. Seed. The Mechanics of the Circulation. Cambridge University Press, 2012.
T.J. Pedley. The Fluid Mechanics of Large Blood Vessels. Cambridge University Press, 1980.
W. White and J. Fine. Applied Biofluid Mechanics. Mc Graw Hill, 2007.
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