تحلیل عددی اندرکنش سیال خون در رگ با دیواره‌ی انعطاف پذیر

نوع مقاله : مقاله علمی

نویسندگان
ناصر کردانی 1
حسن خدایاری 2
رسول محمدی ابوخیلی 3
1 دانشیار؛ دانشکده‌ی فنی و مهندسی، دانشگاه مازندران، بابلسر، ایران
2 کارشناسی ارشد؛ دانشکده‌ی فنی و مهندسی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد نور، نور، ایران.
3 کارشناسی ارشد؛ دانشکده‌ی فنی و مهندسی، دانشگاه مازندران، بابلسر، ایران
10.22034/stme.1401.162636
چکیده
سکته‌ی قلبی و مغزی دلیل اصلی مرگ‌ومیر در دنیا محسوب می‌شوند. اغلب دلیل این مسئله پدیده‌ی گرفتگی رگ‌ها می باشد. گرفتگی یک باریک‌شدگی غیرعادی و نابهنجار در رگ یا سایر ارگان ها با ساختارهای لوله ای‌شکل در بدن است. هدف از این تحقیق تحلیل جریان درون رگ با اثرات گرفتگی می‌باشد. در این مطالعه، جریان ناپایا بوده و همچنین جریان قبل از ورود کاملاً توسعه‌یافته می‌باشد. بعد از تحلیل چند مدل مختلف، مدل کارو برای شبیه‌سازی سیال غیرنیوتنی خون درنظر گرفته شده است. مدل رگ برای اعتبارسنجی داده های شبیه سازی از روی مقاله‌ی معتبر انتخاب شده است و نتایج نشان‌دهنده‌ی صحت تقریبی مدل غیرنیوتنی مورد استفاده است. در ادامه‌ی پژوهش، مدل گرفتگی رگ با اندازه های مختلف گرفتگی تحلیل شده است. در حالتی که خروجی رگ دارای تنگ‌شدگی باشد، این افزایش سرعت بیشتر شده و تا 12 درصد افزایش سرعت در ناحیه‌ی‌ دوراهی مشاهده می‌شود. هرچند نرم‌افزار توانایی شبیه سازی پارگی را ندارد، اما قدرت آستانه‌ی تحمل فشار بافت دیواره نشان‌دهنده‌ی این مطلب است که تا 50 درصد قطر گرفتگی قابل‌تحمل است. مقادیر فشار در رگ با گرفتگی 80 درصد قطر داخلی و خروجی تنگ‌شده، نشان‌دهنده‌ی ناهم‌گونی فشار و سرعت با شدت زیاد در داخل رگ است که موجب می شود در نواحی نزدیک‌ گرفتگی، مقادیر تنش برشی زیاد شود و جریان، دیواره‌ی رگ را تحت فشار قرار دهد.
کلیدواژه‌ها
سیال غیرنیوتنی
مدل کارو
تحلیل عددی
انسیس
سیال خون
موضوعات

عنوان مقاله English

Numerical Analysis of Blood Interaction in a Vessel with a Flexible Wall

نویسندگان English

Naser Kordani 1
hasan khodayari 2
Rasool Mohammadi Abokheili 3
1 Associate Professor, Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering & Technology, University of Mazandaran, Babolsar, Iran
2 MSc, Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering & Technology, Nour Islamic Azad Universiry, Nour, Iran
3 MSc/Student, Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering & Technology, University of Mazandaran, Babolsar, Iran
چکیده English

Heart attack and stroke are the leading causes of death in the world. Often the main reason for this phenomenon is the clogging of arteries. Eclipse is tiny abnormal and abnormal vessels or other tubular structures in the body organs. This project aims is analyzing the flow in the artery-clogging effects. In the present study, unsteady flow and flow developed before is completely eroded. After parsing several different models, the Careau model is considered for the simulation of non-Newtonian fluid in the blood. Vessel model for validation of simulation data is selected from the valid article and the results show the approximate accuracy of the non-Newtonian model is used. The following research vessels of different sizes Eclipse model is analyzed. When the output is narrowing, the vessels have been strongly accelerating, and up to 12%, faster dilemma can be seen. However, the software cannot simulate tears. However, the power of the threshold of bearing pressure on the wall tissue suggests that up to 50 percent of the eclipse diameter is tolerable. Pressure values in the vessels by flooded 80 percent of the inner diameter with Eclipse reflect the diversity of pressure and speed with high intensity within the veins that causes in areas near Eclipse values of shear stress to increase the flow considerably, vessel wall under pressure.

کلیدواژه‌ها English

Non-Newtonian Fluid
CAREUA Model
Numerical Analysis
ANSYS
Blood
[1] Nathan DM (2015) Long term complications of diabetes mellitus. N Engl J Med 328:1676-1685.
[2] Kennel WB, McGee DL )1979) Diabetes and cardiovascular disease: the framingham study. J. Am Med Assoc 241 : 2035-2038.
[3] Shikawa T, Guimaraes LFR, Oshima S, Yamane R (1998) Effect of non-newtonian property of blood on flow through a stenosed tube. Fluid Dyn Res 22:251-264.
[4] Nichols WW, O’Rourke MF (1998) McDonald’s blood flow in arteries:theoretical, experimental and clinical principles. 4th edn. Oxford University Press, London.
[5] Rutten MCM (1998) Fluid-solid interaction in large arteries. PhD thesis, Technische Universiteit Eindhoven.
[6] Biswas D, Laskar RB (2011) Steady flow of blood through a stenosed artery: a non- newtonian fluid mode. Phys Sci Technol 7:144-153.
[7] Chaichana T, Sun Z, Jewkes J (2013) Computation of hemodynamics in the left coronary artery with variable angulations. J. Biomech 44:1869-1878.
[8] Alishahi M, Alishahi MM, Emdad H (2011) Numerical simulation of blood flow in a flexible stenosed abdominal real aorta. Sci Iran 18(6):1297–1305.
[9] Toloui M, Firoozabadi B, Saidi MS (2012) A numerical study of the effects of blood rheology and vessel deformability on the hemodynamics of carotid bifurcation. Sci Iran 19(1):119–126.
[10] Jingliang D, Zhonghua S, Kiao I, Jiyuan Tu (2013) Fluid-structure interaction analysis of representative left coronary artery models with different angulations. Computing in Cardiology 40:5-8.
[11] Seo T (2013) Hemodynamic characteristics in the human carotid artery model induced by blood-arterial wall interactions. Int J Biol Biomed Eng 7(5):215-220.
[12] Ghenaat A, Ramiyar A, Ranjbar AA, Domiri Ganji D, Momeni M (2013) Numerical simulation of non-Newtonian blood flow in a vein with a bypass in the presence of a magnetic field.15th Fluid Dynamics Conference, Bandar Abbas, (In Persian).
[13] Abdul Khader SM, Ayachit A, Raghuvir Pai B, Ahmed KA, Rao VR K, Ganesh Kamath S (2014) FSI simulation of increased severity in patient specific common carotid artery stenosis. 3rd International Conference on Mechanical, Electronics and Mechatronics Engineering 14:19-20.
[14] Van Leeuwen-van Zaanea F, De Bruijnb HS, Van der Ploeg-van den Heuvela A, Sterenborga HJMC, Robinsonb DJ (2014) The effect of fluence rate on the acute response of vessel diameter and red blood cell velocity during topical 5-aminolevulinic acid photodynamic therapy. Photodiagn Photodyn Ther 11:71–81.
[15] Pielhop K, Klaas M, Schröder W (2015) Experimental analysis of the fluid–structure interaction in finite-length straight elastic vessels. Eur J Mech B Fluids 50:71–88. 
[16] Nemati S, Ghassemi M, Shahidian A (2017) Numerical investigation of non-uniform magnetic field effects on the blood velocity and magnetic nanoparticles concentration inside the vessel. Journal of Mechanical Science and Technology 31(4):1657-1663.
[17] Botti L, Paliwal N, Counti P, Antiga L, Meng H (2018) Modeling hemodynamics in intracranial aneurysms: comparing accuracy of CFD solvers based on finite element and finite volume schemes. Int J Numer Methods Biomed Eng 34.
[18] Hassanzadeh A, Pourmahmoud N, Dadvand A (2019) Numerical simulation of red blood cell motion and deformation using improved lattice Boltzmann-immersed boundary method. Iranian J. Sci. Tech. Transactions of Mech. Eng 43:57-73.
[19] Qiao Y, Zeng Y, Ding Y, Fan J, Luo K, Zhu T (2019) Numerical simulation of two-phase non-newtonian blood flow with fluid-structure interaction in aortic dissection. Comput Methodes Biomech Biomed Engin 22(6):620-630.
[20] Vasconcellos GLF, de Oliveira A, Queiroz MD, Júnior JL, Maia CB (2020) Flow past a circular cylinder: a comparison between commercial finite volume and finite element codes. Adv Sci Eng Med 12:815–824.
[21] Ito Y, Cho I, Sakai Y, Iwano K (2021) CFD study on the efficacy of flow diverter stent placement for cerebral aneurysms. J Appl Fluid Mech 14(5):1547-1558.
[22] Collyer AA (1993) Techniques in rheological   measurements. 1st edn. Springer, Sheffield.
[23] Macosko CW (1996) Rheology: Principles Measurements and Applications.1st edn. VCH Munich,.
[24] Hoseinieh farahani M (2008) Numerical Analysis of Unsteady Blood Flow in Arteies with Flexible wall Using SPH Method. PhD thesis, University of Guilan, (In Persian).
[25] Yousefi ghaleroudkhani M (2012) Numerical Analysis of Unsteady Blood Flow in Arteies with Flexible wall Using FPM Method. PhD thesis, University of Guilan, (In Persian).