شماره ركورد
26159
شماره راهنما
MEC2 310
عنوان
توسعه يك مدل محيط متخلخل مناسب براي شبيهسازي عددي جريان خون درون لوبولهاي كبدي به منظور در نظر گرفتن مويرگهاي خوني
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
مهندسي مكانيك - تبديل انرژي
دانشكده
فني و مهندسي
تاريخ دفاع
1402/10/23
صفحه شمار
50 ص.
استاد راهنما
مهدي مشرف دهكردي
كليدواژه فارسي
محيط متخلخل با ساختار كانالگونه , مدل محيط متخلخل , تراوايي مطلق , فاصله ديواره , معادله برينكمن , قانون دارسي
چكيده فارسي
شبيهسازي جريان خون درون لوبولهاي كبدي از جنبههاي مختلفي مانند دارورساني حائز اهميت است. هر لوبول كبدي، را ميتوان به عنوان يك محيط متخلخل به شكل منشور با قائده شش ضلعي در نظر گرفت كه توسط يك سري رگهاي خوني احاطه شدهاند. علاوه بر اينكه بافت هر لوبول كبدي خود يك محيط متخلخل محسوب ميشود، درون آن نيز تعداد زيادي مويرگ خوني نيز وجود دارد. از اين نقطه نظر، لوبول كبدي به عنوان يك محيط متخلخل با ساختار كانالگونه شناخته ميشود. به طور كلي، جريان سيال درون محيط¬هاي متخلخل با ساختار كانالگونه را مي¬توان با استفاده از يك روش عددي مناسب شبيه¬سازي كرد به طوري كه معادلات جريان مربوط به ماتريس محيط متخلخل و كانالها به صورت همزمان حل شوند. در اين رويكرد كه مدل مستقيم (مرجع) ناميده ميشود، در حالت كلي معادلات ناوير-استوكس در كانال¬هاي جريان همراه با معادلات برينكمن در نواحي متخلخل حل ميشوند. با وجود اينكه روش مستقيم نتايج دقيقي را توليد ميكند، اما هزينه محاسباتي زيادي را به همراه دارد. اين مشكل به ويژه براي محيط-هايي با هندسه¬هاي بسيار پيچيده و سه بعدي شدت پيدا ميكند. در پايان نامه حاضر، يك مدل رياضي-عددي با نام مدل محيط متخلخل پيشنهاد شده است كه ميتواند با هزينه محاسباتي كم و دقت قابل قبول جريان سيال درون محيطهاي متخلخل با ساختار كانالگونه را شبيهسازي كند. در مقايسه با روش مستقيم، مدل پيشنهادي از قانون دارسي تجهيز شده با ميدانهاي تراوايي مطلق مناسب (به جاي مجموعه معادلات ناوير-استوكس-برينكمن) استفاده ميكند و از اين طريق هزينه¬هاي محاسباتي را به طور قابل توجهي كاهش مي¬دهد. در اين روش ابتدا، يك مسئله پايا در ناحيه مورد بررسي تعريف و حل ميشود و با استفاده از ميدان سرعت بدست آمده، يك تراوايي درشت مقياس به كل محيط متخلخل نسبت داده ميشود. به منظور دستيابي به يك ميدان تراوايي مطلق در مقياس اصلي مسئله، از يك عملگر ميانيابي به نام تابع فاصله از ديواره استفاده ميشود. اين تابع فاصله از ديواره درون كانالها محاسبه شده و به كمك آن يك توزيع مناسب براي تراوايي درون اين نواحي تخمين زده ميشود. با استفاده از مدل پيشنهاد شده، جريان خون درون لوبولهاي كبدي شبيهسازي و نتايج و عملكرد محاسباتي روش پيشنهادي با مدل مرجع مقايسه شده است. نتايج عددي بهدستآمده براي مجموعهاي از مسائل دو بعدي و سه بعدي نشان ميدهد كه در ميدان سرعت به دست آمده از مدل محيط متخلخل حداكثر خطاي نسبي 14٪ مشاهده ميشود. اين در حالي است كه نسبت زمان شبيه سازي مدل محيط متخلخل به مدل مرجع در حدود 0.5است. بر اساس نتايج بدست آمده، مدل محيط متخلخل به عنوان ابزار كارآمد و كم هزينه نسبت به مدل مرجع شناخته ميشود
كليدواژه لاتين
Channelized porous medium , Porous medium model , Wall distance , Absolute permeability , Brinkman equation , Darcy law
عنوان لاتين
Development of a proper porous medium model for the numerical simulation of blood flow through liver lobules by considering the blood capillaries
گروه آموزشي
مهندسي مكانيك
چكيده لاتين
The numerical simulation of blood flow through liver lobules is important from different points of view such as drug delivery. Each liver lobule can be considered as a six-sided shape porous medium, which is surrounded by a set of blood veins. In addition, there exists, some flow channels inside this porous medium, which are called sinosoids. As a result, each liver lobule can be considered as a channelized porous medium. Fluid flow through channelized porous medium can be simulated by using an appropriate numerical method in such a way that the governing equations related to the matrix of the medium and those of the flow channels are simuletentously solved. In this approach, which is called the direct model, the Navier-Stokes equation inside the flow channels alogn with the Brinkman equations in porous regions are solved. Although the direct approach provides accurate results, it is generallycomputationally expensive. This issue becomes more challengious in the case of fluid flow through complicated and three-dimensional geometries. In this thesis, a mathematical-numerical model, which is named porou medium model, has been suggested in order to provide acceptable results at low computational costs for problems associated with fluid flow in channelized porous medium. Compared to the direct approach, the suggested model epmpys the Darcy’s law enhanced with proper absolute permeability fields, rather than the set of Navier-Stokes-Brinkman equations, resulting in a reduction in total computational costs. In this method, first, a steady-state problem in the coisdered domain is defined and solved and a coarse-scaele permeability value is computed by using the obtained solution. In order to achieve a permeability field at the original scale, a prolongation oprator named wall distance function is employed. This wall distance function is calculated inside the flow channels and used to compute the required permeability distribution inside these channles. By using the proposed model, blood flow inside the liver obuls is numerically simulated and its results and performance are compared to those of the reference (direct) model. Numerical results of two- and three-dimensional test cases indicate that the maximum error in the velocity field obtained by the porous medium model is less than 14%, while the CPU time ratio of the porous medium model and the reference model is about 0.5. According to the presented results, one can consider the porous medium model as an effective and computationally efficient tool, when compared to the reference model.
تعداد فصل ها
5
فهرست مطالب pdf
169156
نويسنده