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Ein Luft-Erdwärmetauscher (L-EWT) kommt wegen seines niedrigen Energiebedarfs und möglicher guter Aufwandszahlen als umweltfreundliche Versorgungskomponente für Gebäude in Betracht. Dabei ist besonders vorteilhaft, dass ein L-EWT die Umgebungsluft je nach Jahreszeit vorwärmen oder auch kühlen kann. Dem zufolge sind L-EWT zur Energieeinsparung nicht nur für den Wohnhausbau interessant, sondern auch dort, wo immer noch große Mengen an fossiler Energie für die Raumkühlung benötigt werden, im Büro- und Produktionsgebäudesektor. Der Einsatzbereich eines L-EWT liegt zwischen Volumenströmen von 100 m3/h und mehreren 100.000 m3/h. Aus dieser Bandbreite und den instationären Randbedingungen entstehen erhebliche Schwierigkeiten, allgemeingültige Aussagen über das zu erwartende thermische Systemverhalten aus der Vielzahl möglicher Konstruktionsvarianten zu treffen. Hauptziel dieser Arbeit ist es, auf Basis umfangreicher, mehrjähriger Messungen an einer eigens konzipierten Testanlage und eines speziell angepassten numerischen Rechenmodells, Kennzahlen zu entwickeln, die es ermöglichen, die Betriebseigenschaften eines L-EWT im Planungsalltag zu bestimmen und ein technisch, ökologisch wie ökonomisch effizientes System zu identifizieren. Es werden die Kennzahlen elewt (Aufwandszahl), QV (Netto-Volumenleistung), ME (Meterertrag), sowie die Kombination aus v (Strömungsgeschwindigkeit) und VL (Metervolumenstrom) definiert, die zu wichtigen Informationen führen, mit denen die Qualität von Systemvarianten in der Planungsphase bewertet werden können. Weiterführende Erkenntnisse über die genauere Abschätzung von Bodenkennwerten werden dargestellt. Die hygienische Situation der durch den L-EWT transportierten Luft wird für die warme Jahreszeit, aufgrund auftretender Tauwasserbildung, beschrieben. Aus diesem Grund werden alle relevanten lufthygienischen Parameter in mehreren aufwendigen Messkampagnen erfasst und auf pathogene Wirkungen überprüft. Es wird über Sensitivitätsanalysen gezeigt, welche Fehler bei Annahme falscher Randbedingungen eintreten. Weiterhin werden in dieser Arbeit wesentliche, grundsätzliche Erkenntnisse aufbereitet, die sich aus der Betriebsbeobachtung und der Auswertung der umfangreich vorliegenden Messdaten mehrerer Anlagen ergeben haben und für die praktische Umsetzung und die Betriebsführung bedeutend sind. Hinweise zu Materialeigenschaften und zur Systemwirtschaftlichkeit sind detailliert aufgeführt.
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Observational data encodes values of properties associated with a feature of interest, estimated by a specified procedure. For water the properties are physical parameters like level, volume, flow and pressure, and concentrations and counts of chemicals, substances and organisms. Water property vocabularies have been assembled at project, agency and jurisdictional level. Organizations such as EPA, USGS, CEH, GA and BoM maintain vocabularies for internal use, and may make them available externally as text files. BODC and MMI have harvested many water vocabularies alongside others of interest in their domain, formalized the content using SKOS, and published them through web interfaces. Scope is highly variable both within and between vocabularies. Individual items may conflate multiple concerns (e.g. property, instrument, statistical procedure, units). There is significant duplication between vocabularies. Semantic web technologies provide the opportunity both to publish vocabularies more effectively, and achieve harmonization to support greater interoperability between datasets. - Models for vocabulary items (property, substance/taxon, process, unit-of-measure, etc) may be formalized OWL ontologies, supporting semantic relations between items in related vocabularies; - By specializing the ontology elements from SKOS concepts and properties, diverse vocabularies may be published through a common interface; - Properties from standard vocabularies (e.g. OWL, SKOS, PROV-O and VAEM) support mappings between vocabularies having a similar scope - Existing items from various sources may be assembled into new virtual vocabularies However, there are a number of challenges: - use of standard properties such as sameAs/exactMatch/equivalentClass require reasoning support; - items have been conceptualised as both classes and individuals, complicating the mapping mechanics; - re-use of items across vocabularies may conflict with expectations concerning URI patterns; - versioning complicates cross-references and re-use. This presentation will discuss ways to harness semantic web technologies to publish harmonized vocabularies, and will summarise how many of the challenges may be addressed.
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Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)
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Therapeutisches Drug Monitoring (TDM) wird zur individuellen Dosiseinstellung genutzt, um die Effizienz der Medikamentenwirkung zu steigern und das Auftreten von Nebenwirkungen zu senken. Für das TDM von Antipsychotika und Antidepressiva besteht allerdings das Problem, dass es mehr als 50 Medikamente gibt. Ein TDM-Labor muss dementsprechend über 50 verschiedene Wirkstoffe und zusätzlich aktive Metaboliten messen. Mit der Flüssigchromatographie (LC oder HPLC) ist die Analyse vieler unterschiedlicher Medikamente möglich. LC mit Säulenschaltung erlaubt eine Automatisierung. Dabei wird Blutserum oder -plasma mit oder ohne vorherige Proteinfällung auf eine Vorsäule aufgetragen. Nach Auswaschen von störenden Matrixbestandteilen werden die Medikamente auf einer nachgeschalteten analytischen Säule getrennt und über Ultraviolettspektroskopie (UV) oder Massenspektrometrie (MS) detektiert. Ziel dieser Arbeit war es, LC-Methoden zu entwickeln, die die Messung möglichst vieler Antipsychotika und Antidepressiva erlaubt und die für die TDM-Routine geeignet ist. Eine mit C8-modifiziertem Kieselgel gefüllte Säule (20 µm 10x4.0 mm I.D.) erwies sich in Vorexperimenten als optimal geeignet bezüglich Extraktionsverhalten, Regenerierbarkeit und Stabilität. Mit einer ersten HPLC-UV-Methode mit Säulenschaltung konnten 20 verschiedene Psychopharmaka einschließlich ihrer Metabolite, also insgesamt 30 verschiedene Substanzen quantitativ erfasst werden. Die Analysenzeit betrug 30 Minuten. Die Vorsäule erlaubte 150 Injektionen, die analytische Säule konnte mit mehr als 300 Plasmainjektionen belastet werden. Abhängig vom Analyten, musste allerdings das Injektionsvolumen, die Flussrate oder die Detektionswellenlänge verändert werden. Die Methode war daher für eine Routineanwendung nur eingeschränkt geeignet. Mit einer zweiten HPLC-UV-Methode konnten 43 verschiedene Antipsychotika und Antidepressiva inklusive Metaboliten nachgewiesen werden. Nach Vorreinigung über C8-Material (10 µm, 10x4 mm I.D.) erfolgte die Trennung auf Hypersil ODS (5 µm Partikelgröße) in der analytischen Säule (250x4.6 mm I.D.) mit 37.5% Acetonitril im analytischen Eluenten. Die optimale Flussrate war 1.5 ml/min und die Detektionswellenlänge 254 nm. In einer Einzelprobe, konnten mit dieser Methode 7 bis 8 unterschiedliche Substanzen gemessen werden. Für die Antipsychotika Clozapin, Olanzapin, Perazin, Quetiapin und Ziprasidon wurde die Methode validiert. Der Variationskoeffizient (VK%) für die Impräzision lag zwischen 0.2 und 6.1%. Im erforderlichen Messbereich war die Methode linear (Korrelationskoeffizienten, R2 zwischen 0.9765 und 0.9816). Die absolute und analytische Wiederfindung lagen zwischen 98 und 118 %. Die für das TDM erforderlichen unteren Nachweisgrenzen wurden erreicht. Für Olanzapin betrug sie 5 ng/ml. Die Methode wurde an Patienten für das TDM getestet. Sie erwies sich für das TDM als sehr gut geeignet. Nach retrospektiver Auswertung von Patientendaten konnte erstmalig ein möglicher therapeutischer Bereich für Quetiapin (40-170 ng/ml) und Ziprasidon (40-130 ng/ml) formuliert werden. Mit einem Massenspektrometer als Detektor war die Messung von acht Neuroleptika und ihren Metaboliten möglich. 12 Substanzen konnten in einem Lauf bestimmt werden: Amisulprid, Clozapin, N-Desmethylclozapin, Clozapin-N-oxid, Haloperidol, Risperidon, 9-Hydroxyrisperidon, Olanzapin, Perazin, N-Desmethylperazin, Quetiapin und Ziprasidon. Nach Vorreinigung mit C8-Material (20 µm 10x4.0 mm I.D.) erfolgte die Trennung auf Synergi MAX-RP C12 (4 µm 150 x 4.6 mm). Die Validierung der HPLC-MS-Methode belegten einen linearen Zusammenhang zwischen Konzentration und Detektorsignal (R2= 0,9974 bis 0.9999). Die Impräzision lag zwischen 0.84 bis 9.78%. Die für das TDM erforderlichen unteren Nachweisgrenzen wurden erreicht. Es gab keine Hinweise auf das Auftreten von Ion Suppression durch Matrixbestandteile. Die absolute und analytische Wiederfindung lag zwischen 89 und 107 %. Es zeigte sich, dass die HPLC-MS-Methode ohne Modifikation erweitert werden kann und anscheinend mehr als 30 verschiedene Psychopharmaka erfasst werden können. Mit den entwickelten flüssigchromatographischen Methoden stehen neue Verfahren für das TDM von Antipsychotika und Antidepressiva zur Verfügung, die es erlauben, mit einer Methode verschiedene Psychopharmaka und ihre aktiven Metabolite zu messen. Damit kann die Behandlung psychiatrischer Patienten insbesondere mit Antipsychotika verbessert werden.
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Aim of the work is the implementation of a low temperature reforming (LT reforming) unit downstream the Haloclean pyrolyser in order to enhance the heating value of the pyrolysis gas. Outside the focus of this work was to gain a synthesis gas quality for further use. Temperatures between 400 °C and 500 °C were applied. A commercial pre-reforming catalyst on a nickel basis from Südchemie was chosen for LT reforming. As biogenic feedstock wheat straw has been used. Pyrolysis of wheat straw at 450 °C by means of Haloclean pyrolysis leads to 28% of char, 50% of condensate and 22% of gas. The condensate separates in a water phase and an organic phase. The organic phase is liquid, but contains viscous compounds. These compounds could underlay aging and could lead to solid tars which can cause post processing problems. Therefore, the implementation of a catalytic reformer is not only of interest from an energetic point of view, it is generally interesting for tar conversion purposes after pyrolysis applications. By using a fixed bed reforming unit at 450–490 °C and space velocities about 3000 l/h the pyrolysis gas volume flow could be increased to about 58%. This corresponds to a decrease of the yields of condensates by means of catalysis up to 17%, the yield of char remains unchanged, since pyrolysis conditions are the same. The heating value in the pyrolysis gas could be increased by the factor of 1.64. Hydrogen concentrations up to 14% could be realised.
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The mixing performance of three passive milli-scale reactors with different geometries was investigated at different Reynolds numbers. The effects of design and operating characteristics such as mixing channel shape and volume flow rate were investigated. The main objective of this work was to demonstrate a process design method that uses on Computational Fluid Dynamics (CFD) for modeling and Additive Manufacturing (AM) technology for manufacture. The reactors were designed and simulated using SolidWorks and Fluent 15.0 software, respectively. Manufacturing of the devices was performed with an EOS M-series AM system. Step response experiments with distilled Millipore water and sodium hydroxide solution provided time-dependent concentration profiles. Villermaux-Dushman reaction experiments were also conducted for additional verification of CFD results and for mixing efficiency evaluation of the different geometries. Time-dependent concentration data and reaction evaluation showed that the performance of the AM-manufactured reactors matched the CFD results reasonably well. The proposed design method allows the implementation of new and innovative solutions, especially in the process design phase, for industrial scale reactor technologies. In addition, rapid implementation is another advantage due to the virtual flow design and due to the fast manufacturing which uses the same geometric file formats.
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Unter Einfluss des gegenwärtigen Klimawandels sowie dem Anstieg der Erdbevölkerung ist der effiziente Umgang mit den vorhandenen Wasserressourcen ein zentrales Thema in der Bewässerungslandwirtschaft. Die Unterflurbewässerung ist ein seit Jahrtausenden bekanntes Verfahren, bei dem das Bewässerungswasser unterhalb der Erdoberfläche aufgebracht wird und der Pflanze direkt im Wurzelraum zur Verfügung steht. Die Gefäßbewässerung ist ein selbststeuerndes Verfahren wobei die Wassergabe aus dem unglasierten Tongefäß aufgrund der im umgebenden Boden anliegenden Saugspannung erfolgt. Diese wassersparende und dem Wasserbedarf der Pflanze angepasste Bewässerungsweise ist Grundlage der Überlegungen und Untersuchungen der vorliegenden Arbeit. Ausgehend von dem Gedanken der Kombination der Vorteile der Gefäßbewässerung mit denen moderner Materialien, die eine maschinelle Installation ermöglichen und eine lange Lebensdauer aufweisen, wurde die Entwicklung einer selbststeuernden Bewässerung verfolgt. Materialrecherchen und eine Auswahl als geeignet identifizierter Materialien führten zu Laboruntersuchungen an Hand derer die Darcy-Eigenschaften (linearer Zusammenhang zwischen Volumenstrom und anliegendem Druck) überprüft wurden. Membranen erwiesen sich danach als geeignet, so dass an einer ausgewählten Schlauchmembran weitergehende Untersuchungen zum Einsatz für die Bewässerung vorgenommen wurden. Diese umfassten Langzeitlaborversuche im Boden zur Untersuchung der Entwicklung der Durchlässigkeit der Schlauchmembran über die Zeit, sowie zum Nachweis der Selbststeuerung des Systems. Mit den gewonnenen Ergebnissen war es möglich großmaßstäbliche Versuche im Gewächshaus zu realisieren, bei der die Schlauchmembran im Vergleich zur Tropfbewässerung hinsichtlich Wasserverbrauch und Ernteertrag an Standorten in Deutschland und Algerien getestet wurde. Diese Gewächshausversuche zeigten vielversprechende Ergebnisse für die Membranschlauchbewässerung mit im Vergleich zur Tropfbewässerung erhöhten Erträgen bei gleichzeitig geringerem Wasserverbrauch. Dies wurde besonders bei Verwendung von Bewässerungswasser mit erhöhtem Salzgehalt deutlich. Sorgfältiger Beachtung bedarf die Wasserqualität, da die Membranschlauchbewässerung auf Wasserverunreinigungen mit Durchflussverminderung reagiert, die sich nachteilig auf die Pflanzenentwicklung auswirkt. Aufgabe weiterer Forschungen muss es demnach sein, technische Verfahren zu entwickeln, die die langfristige Leistungsfähigkeit der Membran im Bewässerungsbetrieb aufrechterhalten.
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Our goal in this paper is to extend previous results obtained for Newtonian and secondgrade fluids to third-grade fluids in the case of an axisymmetric, straight, rigid and impermeable tube with constant cross-section using a one-dimensional hierarchical model based on the Cosserat theory related to fluid dynamics. In this way we can reduce the full threedimensional system of equations for the axisymmetric unsteady motion of a non-Newtonian incompressible third-grade fluid to a system of equations depending on time and on a single spatial variable. Some numerical simulations for the volume flow rate and the the wall shear stress are presented.
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A specific modified constitutive equation for a third-grade fluid is proposed so that the model be suitable for applications where shear-thinning or shear-thickening may occur. For that, we use the Cosserat theory approach reducing the exact three-dimensional equations to a system depending only on time and on a single spatial variable. This one-dimensional system is obtained by integrating the linear momentum equation over the cross-section of the tube, taking a velocity field approximation provided by the Cosserat theory. From this reduced system, we obtain the unsteady equations for the wall shear stress and mean pressure gradient depending on the volume flow rate, Womersley number, viscoelastic coefficient and flow index over a finite section of the tube geometry with constant circular cross-section.
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We present a novel hybrid (or multiphysics) algorithm, which couples pore-scale and Darcy descriptions of two-phase flow in porous media. The flow at the pore-scale is described by the Navier?Stokes equations, and the Volume of Fluid (VOF) method is used to model the evolution of the fluid?fluid interface. An extension of the Multiscale Finite Volume (MsFV) method is employed to construct the Darcy-scale problem. First, a set of local interpolators for pressure and velocity is constructed by solving the Navier?Stokes equations; then, a coarse mass-conservation problem is constructed by averaging the pore-scale velocity over the cells of a coarse grid, which act as control volumes; finally, a conservative pore-scale velocity field is reconstructed and used to advect the fluid?fluid interface. The method relies on the localization assumptions used to compute the interpolators (which are quite straightforward extensions of the standard MsFV) and on the postulate that the coarse-scale fluxes are proportional to the coarse-pressure differences. By numerical simulations of two-phase problems, we demonstrate that these assumptions provide hybrid solutions that are in good agreement with reference pore-scale solutions and are able to model the transition from stable to unstable flow regimes. Our hybrid method can naturally take advantage of several adaptive strategies and allows considering pore-scale fluxes only in some regions, while Darcy fluxes are used in the rest of the domain. Moreover, since the method relies on the assumption that the relationship between coarse-scale fluxes and pressure differences is local, it can be used as a numerical tool to investigate the limits of validity of Darcy's law and to understand the link between pore-scale quantities and their corresponding Darcy-scale variables.
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PURPOSE: To evaluate accuracy and reproducibility of flow velocity and volume measurements in a phantom and in human coronary arteries using breathhold velocity-encoded (VE) MRI with spiral k-space sampling at 3 Tesla. MATERIALS AND METHODS: Flow velocity assessment was performed using VE MRI with spiral k-space sampling. Accuracy of VE MRI was tested in vitro at five constant flow rates. Reproducibility was investigated in 19 healthy subjects (mean age 25.4 +/- 1.2 years, 11 men) by repeated acquisition in the right coronary artery (RCA). RESULTS: MRI-measured flow rates correlated strongly with volumetric collection (Pearson correlation r = 0.99; P < 0.01). Due to limited sample resolution, VE MRI overestimated the flow rate by 47% on average when nonconstricted region-of-interest segmentation was used. Using constricted region-of-interest segmentation with lumen size equal to ground-truth luminal size, less than 13% error in flow rate was found. In vivo RCA flow velocity assessment was successful in 82% of the applied studies. High interscan, intra- and inter-observer agreement was found for almost all indices describing coronary flow velocity. Reproducibility for repeated acquisitions varied by less than 16% for peak velocity values and by less than 24% for flow volumes. CONCLUSION: 3T breathhold VE MRI with spiral k-space sampling enables accurate and reproducible assessment of RCA flow velocity.
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The multiscale finite-volume (MSFV) method is designed to reduce the computational cost of elliptic and parabolic problems with highly heterogeneous anisotropic coefficients. The reduction is achieved by splitting the original global problem into a set of local problems (with approximate local boundary conditions) coupled by a coarse global problem. It has been shown recently that the numerical errors in MSFV results can be reduced systematically with an iterative procedure that provides a conservative velocity field after any iteration step. The iterative MSFV (i-MSFV) method can be obtained with an improved (smoothed) multiscale solution to enhance the localization conditions, with a Krylov subspace method [e.g., the generalized-minimal-residual (GMRES) algorithm] preconditioned by the MSFV system, or with a combination of both. In a multiphase-flow system, a balance between accuracy and computational efficiency should be achieved by finding a minimum number of i-MSFV iterations (on pressure), which is necessary to achieve the desired accuracy in the saturation solution. In this work, we extend the i-MSFV method to sequential implicit simulation of time-dependent problems. To control the error of the coupled saturation/pressure system, we analyze the transport error caused by an approximate velocity field. We then propose an error-control strategy on the basis of the residual of the pressure equation. At the beginning of simulation, the pressure solution is iterated until a specified accuracy is achieved. To minimize the number of iterations in a multiphase-flow problem, the solution at the previous timestep is used to improve the localization assumption at the current timestep. Additional iterations are used only when the residual becomes larger than a specified threshold value. Numerical results show that only a few iterations on average are necessary to improve the MSFV results significantly, even for very challenging problems. Therefore, the proposed adaptive strategy yields efficient and accurate simulation of multiphase flow in heterogeneous porous media.
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Objective To investigate superior mesenteric artery flow measurement by Doppler ultrasonography as a means of characterizing inflammatory activity in Crohn's disease. Materials and Methods Forty patients were examined and divided into two groups – disease activity and remission – according to their Crohn's disease activity index score. Mean superior mesenteric artery flow volume was calculated for each group and correlated with Crohn's disease activity index score. Results The mean superior mesenteric artery flow volume was significantly greater in the patients with active disease (626 ml/min ± 236 × 376 ml/min ± 190; p = 0.001). As a cut off corresponding to 500 ml/min was utilized, the superior mesenteric artery flow volume demonstrated sensitivity of 83% and specificity of 82% for the diagnosis of Crohn's disease activity. Conclusion The present results suggest that patients with active Crohn's disease have increased superior mesenteric artery flow volume as compared with patients in remission. Superior mesenteric artery flow measurement had a good performance in the assessment of disease activity in this study sample.
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We determined the effect of acute extracellular fluid volume changes on saline flow through 4 gut segments (ileocolonic, ileal, ileocolonic sphincter and proximal colon), perfused at constant pressure in anesthetized dogs. Two different experimental protocols were used: hypervolemia (iv saline infusion, 0.9% NaCl, 20 ml/min, volume up to 5% body weight) and controlled hemorrhage (up to a 50% drop in mean arterial pressure). Mean ileocolonic flow (N = 6) was gradually and significantly decreased during the expansion (17.1%, P<0.05) and expanded (44.9%, P<0.05) periods while mean ileal flow (N = 7) was significantly decreased only during the expanded period (38%, P<0.05). Mean colonic flow (N = 7) was decreased during expansion (12%, P<0.05) but returned to control levels during the expanded period. Mean ileocolonic sphincter flow (N = 6) was not significantly modified. Mean ileocolonic flow (N = 10) was also decreased after hemorrhage (retracted period) by 17% (P<0.05), but saline flow was not modified in the other separate circuits (N = 6, 5 and 4 for ileal, ileocolonic sphincter and colonic groups, respectively). The expansion effect was blocked by atropine (0.5 mg/kg, iv) both on the ileocolonic (N = 6) and ileal (N = 5) circuits. Acute extracellular fluid volume retraction and expansion increased the lower gastrointestinal resistances to saline flow. These effects, which could physiologically decrease the liquid volume being supplied to the colon, are possible mechanisms activated to acutely balance liquid volume deficit and excess.
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We have previously demonstrated that blood volume (BV) expansion decreases saline flow through the gastroduodenal (GD) segment in anesthetized rats (Xavier-Neto J, dos Santos AA & Rola FH (1990) Gut, 31: 1006-1010). The present study attempts to identify the site(s) of resistance and neural mechanisms involved in this phenomenon. Male Wistar rats (N = 97, 200-300 g) were surgically manipulated to create four gut circuits: GD, gastric, pyloric and duodenal. These circuits were perfused under barostatically controlled pressure (4 cmH2O). Steady-state changes in flow were taken to reflect modifications in circuit resistances during three periods of time: normovolemic control (20 min), expansion (10-15 min), and expanded (30 min). Perfusion flow rates did not change in normovolemic control animals over a period of 60 min. BV expansion (Ringer bicarbonate, 1 ml/min up to 5% body weight) significantly (P<0.05) reduced perfusion flow in the GD (10.3 ± 0.5 to 7.6 ± 0.6 ml/min), pyloric (9.0 ± 0.6 to 5.6 ± 1.2 ml/min) and duodenal (10.8 ± 0.4 to 9.0 ± 0.6 ml/min) circuits, but not in the gastric circuit (11.9 ± 0.4 to 10.4 ± 0.6 ml/min). Prazosin (1 mg/kg) and yohimbine (3 mg/kg) prevented the expansion effect on the duodenal but not on the pyloric circuit. Bilateral cervical vagotomy prevented the expansion effect on the pylorus during the expansion but not during the expanded period and had no effect on the duodenum. Atropine (0.5 mg/kg), hexamethonium (10 mg/kg) and propranolol (2 mg/kg) were ineffective on both circuits. These results indicate that 1) BV expansion increases the GD resistance to liquid flow, 2) pylorus and duodenum are important sites of resistance, and 3) yohimbine and prazosin prevented the increase in duodenal resistance and vagotomy prevented it partially in the pylorus