عنوان پایان‌نامه
شبیه‌سازی جریان خون آشفته گذرنده از دریچه مصنوعی آئورت
- رشته تحصیلی
- مهندسی مکانیک تبدیل انرژی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: 3618;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 81338;کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: 3618;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 81338
- تاریخ دفاع
- ۱۴ دی ۱۳۹۵
- دانشجو
- غزاله حیاتی
- استاد راهنما
- پدرام حنفی زاده
- چکیده
- بیماری‌های مربوط به دریچه‌های قلب از جمله بیماری‌های قلب و عروق هستند که سالانه باعث مرگ شمار زیادی از انسان‌ها در تمامی سنین می‌شوند. از بهترین راه‌های درمان در این‌گونه بیماری‌ها، عمل تعویض دریچه‌ی آسیب‌دیده و جایگزینی دریچه‌های مصنوعی است. در بین انواع دریچه‌های مصنوعی، دریچه‌های مکانیکی به‌دلیل دوام بالا از شهرت بالایی برخوردارند. با این وجود، این دریچه‌ها دارای مشکلات و پیچیدگی‌هایی نظیر ایجاد لخته و اغتشاش در خون و کاویتاسیون هستند که علی‌رغم پیشرفت روزافزون در طراحی آن‌ها، به‌طور کامل برطرف نشده‌اند. از این رو، در این رساله عملکرد همودینامیکی نسل جدیدی از دریچه‌های مکانیکی برای زنان و مردان دریافت‌کننده در سنین مختلف مورد بررسی قرار گرفته است. در این راستا، از الگوریتم برهم‌کنش جامد-سیال در حالت پایا برای شبیه‌سازی جریان خون آشفته در پیک سیستول و از چهار مدل توربولانسی در شبیه‌سازی آشفتگی جریان استفاده شده است. بدین منظور ابتدا مدل‌های کامپیوتری از رگ آئورت و دریچه‌ی مکانیکی به‌کمک عکس‌های پزشکی و عکس‌برداری سه‌بعدی لیزری مناسب با سنین مختلف تولید شده‌اند. سپس این مدل نهایی، شامل رگ آئورت به‌همراه کمان آئورت و انشعابات آن و دریچه‌ی مکانیکی قرار گرفته در ریشه‌ی آئورت، به دو دامنه‌ی سیال و جامد تقسیم شده‌است. در این کار، الگوریتم برهم‌کنش جامد-سیال به‌کار گرفته شده و نحوه‌ی کوپلینگ و تبادل داده بین دو دامنه‌ی جامد و سیال شرح داده شده‌است. شبیه‌سازی انجام شده حاکی از آن است که علی‌رغم وجود اغتشاشات در جریان به‌دلیل وجود تیغه‌های دریچه، جریان پس از نواحی سینوسی و هنگام ورود به کمان آئورت در تمامی سنین تقریباً به حالت آرام درمی‌آید. سپس تنش برشی در نواحی حساس لولا، مجموع دو تنش توربولانس و لزج، محاسبه شده که مقادیر نسبتاً بالای آن می‌تواند موجب لختگی شود اما با این وجود زمان سکونت این سلول‌ها در لولاها، لحظه‌ی پیک سیستول، در حدی نبوده که تنش‌های برشی قادر به آسیب‌رسانی به سلو‌ل‌های خونی شود. همچنین بیشینه مقادیر تغییر شکل در رگ آئورت در سنین رشد و در مردان مشاهده می‌شود که خطر ابتلا به آنوریسم را درپی دارد. علاوه بر این‌ها، بیشینه تنش معادل فون میسز بر روی تیغه‌ها و دیواره‌ی آئورت محاسبه شده است و باوجود بیشتر بودن این تنش‌ها در سنین رشد و همچنین در مردان، دیواره‌ی رگ و تیغه‌ها دچار تسلیم و یا شکست نخواهند شد.
- Abstract
- Age and gender are two important factors that influence on the hemodynamic performance of bileaflet mechanical heart valve (BMHV). A lot of numerical studies have tried to simulate three-dimensional complex blood flow passing BMHVs with the simplified models. In this thesis, a fluid solid interaction simulation is employed to investigate the effect of age and gender on the hemodynamic performance of On-X mechanical aortic valve at the peak systole. In this way, steady turbulent blood flow and aortic wall deformation in realistic model including the complete thoracic aorta and On-X valve has been simulated using method. Six geometry models of aorta and the replaced valve for different age groups are constructed based on the medical images and extracted poin clouds. The model included complete thoracic aorta with sinuses of Valsalva, aortic arch and its branches plus the coronary arteries and the replaced valve which is mounted on aortic root. Also, ANSYS AIM 16.0 is utilized as the solver for fluid and solid domains and data management tool to handle this coupled analysis. For the inflow condition, different flow rate and blood viscosity were considered corresponding to each age groups of both genders. The valve and aorta wall were assumed to be linear elastic for which the young modulus of the aorta was allowed to be changed by aging. The results indicate that the triple jet structure of the blood flow blends into the simple uniform shape at nearly laminar regime downstream the On-X valve in both men and women. Also, less transvalvular pressure gradient was captured for women than men. The shear stresses in hinge regions and sinuses proved the danger of hemolysis and platelet activation especially in men if the residence time is high enough. Moreover, due to the observed increase in the deformation of aorta by aging in childhood, boys who are implanted BMHV at growth ages are at risk of aneurysm more and more than adult periods. Finally, the equivalent stresses on leaflets and aortic wall increasing by aging in growth ages especially in men. However, these amount of stresses are not enough large that structural failure occurs. Keywords: Fluid Solid Interaction, Mechanical Heart Valve, Complete Thoracic Aorta, Age and Gender, Risk of Aneurysm.
