مدلسازی و شبیه سازی انتقال حرارت در جریان رگ‌های خونی انسان به کمک دینامیک سیالات محاسباتی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناس ارشد مهندسی شیمی، گروه مهندسی شیمی، دانشکده نفت و مهندسی شیمی، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران

2 استاد تمام مهندسی شیمی، گروه مهندسی شیمی، دانشکده نفت و مهندسی شیمی، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران

10.22034/ijche.2022.314830.1150

چکیده

انتقال حرارت زیستی به دلیل قابلیت کاربرد در تشخیص و درمان بیماری، نقش مهمی در بررسی و تحلیل سیستم‌های زنده ایفا می‌کند. در سال‌های اخیر به دلیل عملکرد خوب سخت افزاری و نرم افزاری، دینامیک سیالات محاسباتی به طور گسترده در پژوهش‌های زیست پزشکی بیماری عروق و پیشرفت گرفتگی شریان‌های خونی مورد استفاده قرار گرفته است که به این وسیله عوامل خطر برای پیشرفت بیماری شناسایی و درمان می‌شود. هدف از این شبیه‌‌سازی بررسی جریان و انتقال حرارت خون در رگ در حالت عادی و در چندین حالت حضور پلاک با استفاده از یک مدل هندسی واقعی رگ به کمک نرم افزاری تجاری است. خون سیالی غیرنیوتنی و غیر تراکم پذیر در نظر گرفته شده است و ویسکوزیته آن با معادلات کاریو مدلسازی گردیده است. بر خلاف بسیاری از پژوهش‌های مشابه پیشین، سرعت ورودی به صورت ناپایا (جریان پالسی) است و مطالعه انتقال حرارت به صورت همزمان مورد بررسی قرار گرفته است همچنین یک مدل هندسی واقعی در درصدهای مختلف گرفتگی مورد بررسی قرار گرفته است. افزایش حجم پلاک باعث افزایش فشار و تنش برشی دیواره رگ می‌شود که در حالت‌های گرفتگی شدید بسیار مخاطره آمیز و همراه با افزایش احتمال پارگی رگ‌ها است. همچنین افزایش پلاک باعث کاهش انتقال حرارت از طریق خون به دیواره رگ‌ها می‌شود. نتایج نشان می‌دهند که تغییری بین 10 تا 70 درصد در پارامترهای دینامیکی پس از گرفتگی مشاهده می‌گردد اما تغییر محسوسی در دمای خروجی ها نخواهیم داشت.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Modelling and Simulation of Blood Flow in Human Vessels Using CFD Analysis

نویسندگان [English]

  • Saba Gorji 1
  • Mohammadreza Jafari Nasr 2
1 M. Sc. in Chemical Engineering, Department of Chemical Engineering, Islamic Azad University of Science and Research branch, Iran, Tehran
2 Professor of Chemical Engineering, Department of Chemical Engineering, Islamic Azad University of Science and Research branch, Iran, Tehran
چکیده [English]

Bioheat transfer plays an important role in analyzing living systems due to its ability to diagnose and treat the disease. Recently, CFD has been increasingly used in biomedical researches of coronary artery disease because of its high hardware and software performance that makes it possible to identify and treat the risk factors for coronary artery disease progression.

The purpose of this paper was to investigate blood flow and heat transfer in normal state and in several cases of plaque with a real geometric model of a vessel in an artery by using a commercial Software. Blood is considered as a non-Newtonian and non-compressible fluid and viscosity is modeled using Carreau equations. Unlike many previous studies, the inlet velocity is considered to be transient (pulsatile) and heat transfer has been investigated with the assumptions of constant blood inlet temperature and constant vessels wall temperature and the outlet wall heat transfer has been calculated. A real geometric model in different plaque progressions has been studied as well. Plaque progression in the artery, increases the wall pressure and shear stress, which is very dangerous in cases of severe blockage and may cause high risk of rupture. Increased plaque also reduces the blood heat transfer to the artery’s walls.

The results show that there is a change between 10-70% in the dynamic parameters after clogging, but there is no significant change in the outlet temperature.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Bioheat transfer
  • Computational Fluid Dynamics
  • Simulation
  • Blood vessels
  • plaque