بررسی عددی جریان هوا در یک آلوئولی با دیواره های ارتجاعی در حالت های تنفسی مختلف

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

2 استاد، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

چکیده

انتهایی­ترین بخش ریه با نام آلوئولی شناخته می­شود که اصلی­ترین محل تبادل گاز­های تنفسی با جریان خون است و به دلیل این ارتباط مستقیم، نوع جریان‌های ایجاد شده از اهمیت بسیار زیادی از منظر رسوب ذرات، دارورسانی و نقش آن­ها در ایجاد انواع بیماری­ها و به تبع آن یافتن درمان برخوردار است. تحلیل تجربی این مسئله به دلیل اندازه­های زیر میلیمتری و دشواری­های دسترسی این نواحی دارای محدودیت­های فراوانی است. با این وجود روش­های دینامیک سیالات محاسباتی امکان شبیه­سازی داده­های جریان در مدل­های واقعی را ایجاد کرده است. در این پژوهش جریان سیال در نسل 20ام از مجاری تنفسی توسط اعمال شرایط دیواره­های ارتجاعی شبیه­سازی شده است. گردابه­های جریان در حالت­های تنفسی متفاوت عمیق، کوتاه و فرکانس­های تنفسی مختلف مورد مطالعه قرار گرفته و با گردابه­های تشکیل شده در حالت­های تنفس حیاتی و با مدل شامل دیواره­های صلب مورد مقایسه قرار گرفته است. بررسی نتایج حاصل نشان می­دهد که با افزایش عمق و فرکانس تنفس، جریان­های پرسرعت­ و گردابه­ها با قدرت بیشتر در داخل آلوئولی­ها تشکیل می­شوند که می‌توانند با بازگشت ناپذیرکردن جریان، محلی برای به­دام انداختن ذرات همراه سیال و رسوب هرچه بیشتر در این نواحی گردند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

مراجع

  • Hall JE, Hall ME. Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology E-Book: Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology E-Book: Elsevier Health Sciences; 2020.
  • Weibel ER. Morphometry of the human lung: Springer.
  • Horsfield K, Dart G, Olson DE, Filley GF, Cumming G. Models of the human bronchial tree. Journal of applied physiology. 1971;31(2):207-17.
  • Miki H, Butler JP, Rogers RA, Lehr JL. Geometric hysteresis in pulmonary surface-to-volume ratio during tidal breathing. Journal of Applied Physiology. 1993;75(4):1630-6.
  • Weibel ER. Functional morphology of lung parenchyma. Comprehensive Physiology. 2011:89-111.
  • Tsuda A, Henry FS, Butler JP. Chaotic mixing of alveolated duct flow in rhythmically expanding pulmonary acinus. Journal of Applied Physiology. 1995;79(3):1055-63.
  • Lv H, Dong J, Qiu Y, Yang Y, Zhu Y. Microflow in a rhythmically expanding alveolar chip with dynamic similarity. Lab on a Chip. 2020;20(13):2394-402.
  • Koullapis P, Stylianou F, Sznitman J, Olsson B, Kassinos S. Towards whole-lung simulations of aerosol deposition: A model of the deep lung. Journal of Aerosol Science. 2020;144:105541.
  • Sznitman J. Respiratory microflows in the pulmonary acinus. Journal of biomechanics. 2013;46(2):284-98.
  • Si XA, Xi J. Pulmonary Oxygen Exchange in a Rhythmically Expanding–Contracting Alveolus–Capillary Model. Journal of Respiration. 2022;2(4):159-73.
  • Dong J, Lv H, Yang Y, Cao Y, Zhu Y. Three-dimensional critical points and flow patterns in pulmonary alveoli with rhythmic wall motion. Journal of Physics D: Applied Physics. 2023;56(47):475401.
  • Oakes JM, Day S, Weinstein SJ, Robinson RJ. Flow field analysis in expanding healthy and emphysematous alveolar models using particle image velocimetry. 2010.
  • Tsuda A, Butler JP, Fredberg JJ. Effects of alveolated duct structure on aerosol kinetics. I. Diffusional deposition in the absence of gravity. Journal of Applied Physiology. 1994;76(6):2497-509.
  • Sadri R, Floryan J. Accurate evaluation of the loss coefficient and the entrance length of the inlet region of a channel. J Fluids Eng. 2002;124(3):685-93.
  • Ratjen F, Jensen R, Klingel M, McDonald R, Moore C, Benseler N, et al. Effect of changes in tidal volume on multiple breath washout outcomes. PLoS One. 2019;14(7):e0219309.
  • Kumar H, Tawhai MH, Hoffman EA, Lin C-L. Steady streaming: A key mixing mechanism in low-Reynolds-number acinar flows. Physics of Fluids. 2011;23(4).
مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز
دوره 56، شماره 2 - شماره پیاپی 115
در حال تکمیل
تیر 1405
صفحه 53-61

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار