روش شبکه بولتزمن غیرنیوتنی برای شبیه سازی جریان سیال کاریو-یاسودا در یک کانال دارای انسداد

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده فنی مهندسی مکانیک، دانشگاه پیام نور مشهد، مشهد، ایران

2 استادیار، دانشکده فنی و مهندسی مکانیک، دانشگاه پیام نور مشهد، مشهد، ایران

3 استادیار، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه بجنورد، بجنورد، ایران

چکیده

در مطالعهحاضر به شبیه­سازی جریان سیال غیرنیوتنی خون درون یک کانال دو بعدی دارای انسداد پرداخته شده است. از مدل سیال کاریو-یاسودا برای بررسی رفتار رقیق برشی خون استفاده گردیده است. روش شبکه بولتزمن غیرنیوتنی برای شبیه سازی عددی جریان خون بکار گرفته شده است. مدل‌سازی مرزهای منحنی مربوط به انسدادها با دقت مرتبه دو انجام پذیرفته است. نتایج عددی حاصل از حل با نتایج مربوط به سیال غیرنیوتنی کاریو-یاسودا در یک کانال دو بعدی مقایسه گردیده و با موفقیت اعتبار­سنجی شده است. آنالیز شبکه برای نشان دادن استقلال روش عددی با استفاده از سه شبکه با اندازه‌‌های مختلف انجام شده است. به منظور بررسی اثر وجود انسداد روی پارامتر­های مختلف موثر در جریان نظیر سرعت، فشار و ضریب پسا، پروفیل­­ها و کانتورهای مربوطه ترسیم شده­اند. نتایج نشان می­­دهد که افت فشار در نواحی پس از گرفتگی­­ها قابل ملاحظه خواهد بود. شکل­گیری ساختار­های گردابی پس از انسدادها که نشان دهنده حرکت چرخشی سیال در این محل ­ها با وجود غیرنیوتنی و آرام بودن جریان خون است، از دیگر نتایج این مقاله است.

کلیدواژه‌ها


[1]  Wootten DM., Kul DN., Fluid mechanics of vascular systems, diseases, and thrombosis, Ann, Rev, Biomed, Eng 1, pp. 299-329, 1999.
[2]  Berger SA., Jou LD., Flows in stenotic vessels, Ann. Rev. Fluid  Mech 32, pp. 51-64, 2000.
[3]  Vorp DA., Steinman DA., Steinman, Ethier CR., Computational modeling of arterial biomechanics, IEE Comput, Sci, Eng 3 (5), pp. 51-64, 2001.
[4]  Garo CG., Vascular fluid dynamics and Vascular biology and disease, Math Metho, Sci, 24, 1311, 2001.
[5]  Johnston BM., Corneyb S., Kilpatrick D., Non-Newtonian blood flow in human right coronary arteries, steady stat Simulationsj.Biomech. 37,709, 2004.
[6]  Huang CR., Pan WD., Chen HQ., and Copley AL., Thixotropic properties of whole blood  from healthy humman subjects, Biorheology , vol. 24, no. 6, PP. 95-801, 1987.
[7]  Boryczko K., Dzwinel W., Yuen DA., Dynamical clustering of red blood cells in capillary vessels, J. Mol. Model. 916, 2003.
[8]  Marks MP., Dake MD., Steinberg GK., Norbash AM., Lane B., Stent placement for arterial and venous cerebrovascular disease, Preliminary clinical experience, Radiology. 191, pp. 441-446, 1994.
[9]  Wakhloo AK., Schellhammer F., Vries J., Haberstroh J., Schumacher M., Self-expanding and balloon-expandable stents in the treatment of carotid aneurisms, an experimental study in a canie model, AJNR Am. J. Neuroradiol. 15, pp. 493-502, 1994.
[10] Liber BB., Stancampiano AP., Wakhloo AK., Alteration of hemodynamics in aneurism models by stenting: influence on stent porosity, Ann. Biomed. Eng 25(3), pp. 460-469, 1997.
[11] Aenis M., Stancampioano AP., Wakhloo AK., Lieber BB., Modeling of flow in a straight stented and nonstented side wall aneurism model, ASME J. Biomech. Eng 119, pp. 206-212, 1997.
[12]             Liou TM., Chng WC., Liao CC., LDV    measurements in lateral model aneurisms of various sizes, Exp. Fluids 23, pp. 317-324, 1997.
[13]             Yu SCM., Zhao JB., A steady flow analysis on the stented and non-stented sidewall aneurism models, Med. Eng. Phys 21, pp. 133-141, 1999.
[14]             Tamagawa M., Fukushima K., Hiramoto M., Prediction of thrombus formation in blood flow by CFD and its  modeling, IFMBE Proc, pp. 3159- 3160, 2007.
[15]             Liu Y., A Lattice Boltzmann model for blood flows, Appl Math Model 36, pp. 2890-2899, 2012.
[16]             Buchanan JR., Kleinstreuer C., Comer JK., Rheological effects on pulsatile hemodynamics in a stenosed tube, Coput. Fluids 29, pp.  695-724, 2000.
[17]             Li H., Fang H., Lin Z., Xu Shi., Chen Shiyi., A Lattice Boltzmann simulation on particle suspensions in two dimensional symmetric stenotic artery, Phys. Rev. E 69 031919, 2004.
[18]              شاهمردان م.ح.، نوروزی م.، نقی خانی ا.، شبیه سازی عددی جریان سیال غیرنیوتنی از میان کانال با یک حفره ، مجله مهندسی مکانیک مدرس، د. 14، ش.6، ص. 35-40، 1393.
[19]              احمدیان م.، فرهادی م.، صدیقی ک.، شبیه سازی جریان خون درون آنوریسم با استفاده از روش شبکه بولتزمن، کنفرانس ملی و مهندسی مکانیک ایران، شیراز، دانشگاه شیراز، 1392.
[20]              حقیقی ا.ر.، شهبازی ا.م.، مدلسازی ریاضی جریان خون به‏ عنوان سیال دولایه ‏ای در طول رگ گرفته شده، مجله مدلسازی پیشرفته ریاضی، د.3، ش.1،  ص. 79-99، 1392.
[21]              جاودان ا.، شبیه سازی جریان غیرنیوتنی خون در محل دو شاخگی رگ به روش شبکه بولتزمن، پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه شهرکرد، 1390.
[22]             Ladd AJC., J. Fluid., Mech, pp. 271-285, 1994.
[23]             Wang CH., Ho JR., A Lattice Boltzmann approach for the non- Newtonian effect in the blood flow,  Comput  Math, Appl 62, pp. 75-86, 2011.
[24]             Migliorini C.,Biophys J, 83, 1834, 2002.
[25]             Nazari, M., H. shokri, and A. A. Mohamad, Lattice Boltzman simulation of natural convection in open end cavity with inclined hot wall, Applied Mathematics and Mechanics 36, no:523-540. 4, 2015.
[26]             Nazari, M., shokri, H. and kayhani, M.H., Convective heat transfer by changing the right-angle position and the base angle of triangular storages: lattice Boltzmann simulation. Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering, 37(1), pp.149-161, 2015.
[27]              نظری م، شکری ح، جابه­جایی آزاد در محفظه­های نیم بیضی با نسبت شعاعی متغیر به روش بولتزمن شبکه­ای، مجله مهندسی مکانیک مدرس، د 13، ش 10، ص 1-13، 1392.
[28]              نظری م کیهانی م.ح شکری ح.، روش بولتزمن شبکه­ای برای مدلسازی محفظه­های با مرز مایل و متحرک، مجله مهندسی مکانیک مدرس، د. 13، ش. 5، ص117-129، 1392.
[29]             Bhatnagar PL., Gross EP., Krook M., "A model for collision processes in gases", I. Small amplitude processes in charged and neutral one-component systems. Phys Rev 94, 511–525, 1954.
[30]             Frisch U., d'Humières D., Hasslacher B., Lallemand P., Pomeau Y., Rivet J-P.,"Lattice gas hydrodynamics in two and three dimensions", Complex Syst 1, 649–707, 1987.
[31]             Wolfram S., "Cellular automaton fluids" 1, basic theory, J Stat Phys 45, 471–529, 1986.
[32]             Chen S., Doolen GD., "Lattice Boltzmann method for fluid flows", Annu Rev Fluid Mech 30, 329–364, 1998.
[33]             Chopard B., Droz M.,"Cellular Automata Modeling of Physical Systems". Cambridge University Press, Cambridge UK, 1998.
[34]             Artoli A., "Mesoscopic computational haemodynamics", Ph.D Thesis. University of Amsterdam, 2003.
[35]             Nazari, M., Mohebbi, R. and Kayhani, M.H., "Power-law fluid flow and heat transfer in a channel with a built-in porous square cylinder". Lattice Boltzmann simulation. Journal of Nun-Newtonian Fluid Mechanics, 204, pp.38-49, 2014.
[36]             Carreau P.G.,"Rhology equations from  molecular network  theories", Journal  of  Rheology, vol. 16, no.1, PP.127, 1972.
[37]              حسینی م.، "شبیه سازی عددی جریان­ها با استفاده از روش شبکه بولتزمن"، پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه کرمان، 1391.
[38]             Huabing Li., Haiping Fang., Zhifang Lin., Shixiong Xu., Shiyi Chen., "Lattice Boltzmann simulation on particle suspensions in two- dimensional symmetric stenotic artery". Physical Rev E 69, 031919, 2004.
[39]          امیری دلوئی ا.، کیهانی م.ح.، نظری م.، روش مرز غوطه ور صریح با پخش چهارنقطه­ای به منظور شبیه سازی جریان سیال غیرنیوتنی بر روی یک استوانه دایروی، همایش سالانه بین المللی مهندسی مکانیک ایران، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه خواجه نصیرالدین طوسی،تهران، 1392.