شبیه سازی تغییر شکل سلول گلبول قرمز و دارورسانی با استفاده از روش شبکه بولتزمن

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار ، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه آزاد اسلامی واحد ساری، ساری، ایران

2 استاد، دانشگاه فردوسی مشهد، دانشکده مهندسی مکانیک، مشهد، ایران

چکیده

در این مقاله، از ترکیب روش شبکه بولتزمن و مرز غوطه ور برای شبیه‌سازی رفتار و تغییر شکل سلول گلبول قرمز با شکل‌های اولیه متفاوت استفاده شده است. در ابتدا گلبول قرمز با هندسه بیضی در یک جریان برشی شبیه‌سازی شده و تغییر شکل بدست آمده با نتایج محققان دیگر مقایسه و تایید شده است. سپس هندسه‌های متفاوت گلبول قرمز در جریان برشی و همچنین طی حرکت و جابجایی شبیه‌سازی و تغییر شکل تدریجی آنها مشاهده و مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است. در ادامه جریان سیال داخل یک شریان خونی مدلسازی و به کمک آن پدیده‌هایی از قبیل انسداد شریان خون و دارو‌رسانی مورد بررسی قرار گرفته‌اند. تحلیل نتایج نشان می‌دهد که آسیب دیدن دیواره شریان و یا ته‌نشین شدن توده‌های چربی باعث گردابی شدن جریان خون و تشکیل لخته خون خواهند شد. همچنین کیفیت تزریق دارو در این شریان دو شاخه در چگونگی دارو‌رسانی آن بسیار تاثیر گذار می‌باشد. در نهایت مقایسه نتایج بدست آمده با نتایج سایرین نشان می‌دهد که این شبیه‌سازی از دقت قابل قبولی برخوردار می‌باشد.

کلیدواژه‌ها


[1] Peskin C.S., Flow Patterns around Heart Valves: A Digital Computer Method for Solving the Equations of Motion, PhD Thesis, Physiology, Albert Einstein College of Medicine. Univ. Microfilms, Vol. 378, pp. 72-80, 1972.
[3] Esfahani J. A., Alinejad J., Entropy generation of conjugate natural convection in enclosures: the Lattice Boltzmann Method, Journal of Thermophysics and Heat Transfer, Vol. 27, No. 3, pp. 498-505, 2013.
[4] Shu C., Peng, Y., and Chew Y. T., Simulation of natural convection in a square cavity by Taylor series expansion and least squares-based lattice Boltzmann method,  International Journal of Modern Physics, Vol. 13, pp.1 399–1414, 2002.
[5] D’Orazio A., Corcione M., and Celata G. P., Application to natural convection enclosed flows of a lattice Boltzmann BGK model coupled with a general purpose thermal boundary condition, International Journal of Thermal Sciences, Vol. 43, pp. 575–586, 2004.
[6] Urquiza S.A., Blanco P.J., Vénere M.J. and Feijóo R.A., multidimensional modeling for the carotid blood flow, Comput. Meth. Appl. Mech. Engrg., Vol. 195, pp. 4002–4017, 2006.
[7] Botnar R.H., Rappitsch G., Scheidegger M.B., Liepsch D., Perktold K., Boesiger P., Mass Transfer, Univ. of Calgary Press, Calgary 2007.
[8] Deschamps T., Schwartz P, Trebotichc D, Colella P.,  Saloner D., Malladi R.,Vessel segmentation and blood flow simulation using Level-Setsand Embedded Boundary methods, International Congress Series 1268, pp.75–80, 2004.
[9] Guo Z., and Zhao T. S., Lattice Boltzmann model for incompressible flows through porous media, Physical Review, Vol. E66, pp. 036304, 2002.
[10] Mei R., Yu D., Shyy W., Luo L. Sh., Force evaluation in the lattice Boltzmann method involving curved geometry, Phys. Rev. Vol. E65, pp. 1-14, 2002.
[11] Chopard B., and Luthi P. O., Lattice Boltzmann computations and applications to physics” Theoretical Computational Physics, Vol. 217, pp. 115–130, 1999.
[12] Nourgaliev R. R., Dinh T. N., TheofanousT. G., and Joseph D., The lattice Boltzmann equation method: theoretical interpretation, numerics and implications, International Journal of Multiphase Flow, Vol. 29, No. 1, pp. 117–169, 2003.
[13] Yu D., Mei R., Luo L. S., and Shyy W., Viscous flow computations with the method of lattice Boltzmann equation,  Progress in Aerospace Science, Vol. 39, No. 5, pp. 329–367, 2003.
[14] Mohammad A. A., Applied Lattice Boltzmann Method for Transport Phenomena Momentum Heat Mass Transfer, Univ. of Calgary Press, Calgary 2007.
[15] Aghajani D. M., Farhadi M., and Sedighi K., Effect of heater location on heat transfer and entropy generation in the cavity using the lattice Boltzmann method, Heat Transfer Research, Vol. 40, pp. 521–536, 2009.
[16] Mezrhab A., Jami M., Abid C., Bouzidi M., and Lallemand P., Lattice Boltzmann modeling of natural convection in an inclined square enclosure with partitions attached to its cold wall, International Journal of Heat of Fluid Flow, Vol. 27, pp. 456–465, 2006.
[17] He, X., and Luo, L. S., Lattice Boltzmann model for the incompressible Navier–Stokes equations,” Journal of Statistical Physics, Vol. 88, Nos. 3–4, pp.927–944, 1997.
[18] Thürey, N., and Rüde, U., Stable free surface flows with the lattice Boltzmann method on adaptively coarsened grids, Computing and Visualization in Science, Vol. 12, pp. 247–263, 2009.
[19] Bagchi, P., Johnson, P. C., Popel, A. S., Computational Fluid Dynamic Simulation of Aggregation of Deformable Cells in a Shear Flow, J. Biomech. Engng., Vol. 127, pp. 1070–1080, 2005.
[20] Steenhoven, A.A., van  de Vossea, F.N.,  Rindt, C.C.M., Janssenu,  J.D., Renemanb, R.S., Experimental  and  Numerical  Analysis  of Carotid  Artery  Blood  Flow, Applications  to Atherogenesis  and Clinical Medicine, Monogr Atheroscler.  Basel, Karger, Vol. 15, pp. 250–260,1990.