流体流动网络中能效与力学响应之间的权衡
生物物理
2023-02-27 v3 流体动力学
摘要
传输网络通常被优化，无论是在生物系统中的进化压力作用下，还是在工程结构中的人类设计下。对于诸如动物血管系统这样的情况，流体的传输受到固有的黏性流动阻力的阻碍，同时由心脏的脉动特性和血管壁的弹性性质维持于动态状态。虽然这种施加的脉动必然增加了由阻力引起的能量耗散，但血管弹性通过衰减流动的脉动分量幅度来帮助减少总体耗散。然而，我们发现这种能量损失的减少是以增加长于临界尺寸的血管对流动边界条件变化作出响应所需的时间成本为代价的。在此状态下，耗散和响应时间在单根血管以及分层结构网络中均遵循简单的幂律标度关系。我们在人类血管系统中验证了该模型，并应用生物学相关参数表明，在动物血管网络的进化优化中，响应时间必须与耗散一起被视为重要的适应度代价函数。
引用
@article{arxiv.2102.13197,
title = {Tradeoffs between energy efficiency and mechanical response in fluid flow networks},
author = {Sean Fancher and Eleni Katifori},
journal= {arXiv preprint arXiv:2102.13197},
year = {2023}
}