Υπολογιστική μελέτη αιμοδυναμικής ροής σε αορτή
Η ανάλυση και αξιολόγηση της ροής του αίματος και των αιμοδυναμικών παραμέτρων που την χαρακτηρίζουν διαφαίνεται ότι είναι χρήσιμη για την διάγνωση, την θεραπεία, ακόμα και την πρόληψη διαφόρων ασθενειών. Η in silico προσέγγιση της μελέτης και περιγραφής αυτών των χαρακτηριστικών της αιματικής ροής...
| Κύριος συγγραφέας: | |
|---|---|
| Άλλοι συγγραφείς: | |
| Γλώσσα: | Greek |
| Έκδοση: |
2021
|
| Θέματα: | |
| Διαθέσιμο Online: | http://hdl.handle.net/10889/15396 |
| id |
nemertes-10889-15396 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| institution |
UPatras |
| collection |
Nemertes |
| language |
Greek |
| topic |
Υπολογιστική ρευστοδυναμική Αορτή Αιματική ροή Τοιχωματική διατμητική τάση Computational Fluid Dynamics (CFD) Openfoam Aorta Blood flow |
| spellingShingle |
Υπολογιστική ρευστοδυναμική Αορτή Αιματική ροή Τοιχωματική διατμητική τάση Computational Fluid Dynamics (CFD) Openfoam Aorta Blood flow Ζυγούρη, Χάρις Υπολογιστική μελέτη αιμοδυναμικής ροής σε αορτή |
| description |
Η ανάλυση και αξιολόγηση της ροής του αίματος και των αιμοδυναμικών παραμέτρων που την χαρακτηρίζουν διαφαίνεται ότι είναι χρήσιμη για την διάγνωση, την θεραπεία, ακόμα και την πρόληψη διαφόρων ασθενειών. Η in silico προσέγγιση της μελέτης και περιγραφής αυτών των χαρακτηριστικών της αιματικής ροής με τη χρήση της υπολογιστικής ρευστοδυναμικής χρησιμοποιείται όλο και περισσότερο τα τελευταία χρόνια.
Στην παρούσα διπλωματική εργασία παρουσιάζεται η μελέτη που πραγματοποιήθηκε για την αριθμητική μοντελοποίηση και προσομοίωση τρισδιάστατης ροής ρευστού σε μια ρεαλιστική γεωμετρία ανθρώπινης αορτής. Για τις ανάγκες της εργασίας διερευνήθηκαν τρόποι απόκτησης των δεδομένων της γεωμετρίας. Από το μοντέλο στερεολιθογραφίας που αξιοποιήθηκε, το τμήμα της αορτής στο οποίο έγινε εστίαση είναι η ανιούσα αορτή, το αορτικό τόξο και τμήμα της κατιούσας αορτής. Το εργαλείο που χρησιμοποιήθηκε για την επεξεργασία της γεωμετρίας, την κατασκευή του πλέγματος, την κατάστρωση του προβλήματος και τις δοκιμές αλγορίθμων για προσομοίωση ροής είναι το λογισμικό υπολογιστικής ρευστοδυναμικής ανοιχτού κώδικα OpenFOAM.
Η υπολογιστική επίλυση ροής στην σύνθετη γεωμετρία επιχειρήθηκε με την χρήση των icoFoam, pisoFoam και simpleFoam solvers για μη χρονομεταβαλλόμενη συνθήκη εισόδου, καθώς στόχος ήταν ο υπολογισμός και η παρατήρηση των αιμοδυναμικών παραμέτρων της ταχύτητας και των τοιχωματικών διατμητικών τάσεων στην φάση της εξώθησης αίματος στην αορτή κατά την κοιλιακή συστολή. Οι ρυθμίσεις των διαφόρων παραμέτρων και η συμπεριφορά των solvers καταγράφηκαν διεξοδικά. Υπολογισμός των διατμητικών τάσεων επετεύχθη με τον simpleFoam και η κατανομή τους επιβεβαιώνει την ύπαρξη κρίσιμης περιοχής για αθηροσκλήρωση λόγω χαμηλών διατμητικών τάσεων σε τμήματα του αορτικού τόξου.
Μέσα από τις υπολογιστικές δοκιμές της παρούσας εργασίας καταδεικνύεται η δυσκολία του προβλήματος σε ό,τι αφορά: την μοντελοποίηση της γεωμετρίας, την επιλογή κατάλληλου αλγορίθμου για την επίλυση, την επιλογή συμβατών μεταξύ τους αλλά και με το φυσικό πρόβλημα συνοριακών συνθηκών, καθώς και το υπολογιστικό κόστος και την δυσκολία επίτευξης σύγκλισης, ειδικά για σταδιακά μειούμενο ιξώδες, με τους transient solvers. |
| author2 |
Zygouri, Charis |
| author_facet |
Zygouri, Charis Ζυγούρη, Χάρις |
| author |
Ζυγούρη, Χάρις |
| author_sort |
Ζυγούρη, Χάρις |
| title |
Υπολογιστική μελέτη αιμοδυναμικής ροής σε αορτή |
| title_short |
Υπολογιστική μελέτη αιμοδυναμικής ροής σε αορτή |
| title_full |
Υπολογιστική μελέτη αιμοδυναμικής ροής σε αορτή |
| title_fullStr |
Υπολογιστική μελέτη αιμοδυναμικής ροής σε αορτή |
| title_full_unstemmed |
Υπολογιστική μελέτη αιμοδυναμικής ροής σε αορτή |
| title_sort |
υπολογιστική μελέτη αιμοδυναμικής ροής σε αορτή |
| publishDate |
2021 |
| url |
http://hdl.handle.net/10889/15396 |
| work_keys_str_mv |
AT zygourēcharis ypologistikēmeletēaimodynamikēsroēsseaortē AT zygourēcharis computationalinvestigationofhemodynamicflowinhumanaorta |
| _version_ |
1771297277151805440 |
| spelling |
nemertes-10889-153962022-09-05T20:50:16Z Υπολογιστική μελέτη αιμοδυναμικής ροής σε αορτή Computational investigation of hemodynamic flow in human aorta Ζυγούρη, Χάρις Zygouri, Charis Υπολογιστική ρευστοδυναμική Αορτή Αιματική ροή Τοιχωματική διατμητική τάση Computational Fluid Dynamics (CFD) Openfoam Aorta Blood flow Η ανάλυση και αξιολόγηση της ροής του αίματος και των αιμοδυναμικών παραμέτρων που την χαρακτηρίζουν διαφαίνεται ότι είναι χρήσιμη για την διάγνωση, την θεραπεία, ακόμα και την πρόληψη διαφόρων ασθενειών. Η in silico προσέγγιση της μελέτης και περιγραφής αυτών των χαρακτηριστικών της αιματικής ροής με τη χρήση της υπολογιστικής ρευστοδυναμικής χρησιμοποιείται όλο και περισσότερο τα τελευταία χρόνια. Στην παρούσα διπλωματική εργασία παρουσιάζεται η μελέτη που πραγματοποιήθηκε για την αριθμητική μοντελοποίηση και προσομοίωση τρισδιάστατης ροής ρευστού σε μια ρεαλιστική γεωμετρία ανθρώπινης αορτής. Για τις ανάγκες της εργασίας διερευνήθηκαν τρόποι απόκτησης των δεδομένων της γεωμετρίας. Από το μοντέλο στερεολιθογραφίας που αξιοποιήθηκε, το τμήμα της αορτής στο οποίο έγινε εστίαση είναι η ανιούσα αορτή, το αορτικό τόξο και τμήμα της κατιούσας αορτής. Το εργαλείο που χρησιμοποιήθηκε για την επεξεργασία της γεωμετρίας, την κατασκευή του πλέγματος, την κατάστρωση του προβλήματος και τις δοκιμές αλγορίθμων για προσομοίωση ροής είναι το λογισμικό υπολογιστικής ρευστοδυναμικής ανοιχτού κώδικα OpenFOAM. Η υπολογιστική επίλυση ροής στην σύνθετη γεωμετρία επιχειρήθηκε με την χρήση των icoFoam, pisoFoam και simpleFoam solvers για μη χρονομεταβαλλόμενη συνθήκη εισόδου, καθώς στόχος ήταν ο υπολογισμός και η παρατήρηση των αιμοδυναμικών παραμέτρων της ταχύτητας και των τοιχωματικών διατμητικών τάσεων στην φάση της εξώθησης αίματος στην αορτή κατά την κοιλιακή συστολή. Οι ρυθμίσεις των διαφόρων παραμέτρων και η συμπεριφορά των solvers καταγράφηκαν διεξοδικά. Υπολογισμός των διατμητικών τάσεων επετεύχθη με τον simpleFoam και η κατανομή τους επιβεβαιώνει την ύπαρξη κρίσιμης περιοχής για αθηροσκλήρωση λόγω χαμηλών διατμητικών τάσεων σε τμήματα του αορτικού τόξου. Μέσα από τις υπολογιστικές δοκιμές της παρούσας εργασίας καταδεικνύεται η δυσκολία του προβλήματος σε ό,τι αφορά: την μοντελοποίηση της γεωμετρίας, την επιλογή κατάλληλου αλγορίθμου για την επίλυση, την επιλογή συμβατών μεταξύ τους αλλά και με το φυσικό πρόβλημα συνοριακών συνθηκών, καθώς και το υπολογιστικό κόστος και την δυσκολία επίτευξης σύγκλισης, ειδικά για σταδιακά μειούμενο ιξώδες, με τους transient solvers. The analysis and assessment of blood flow and its related hemodynamic parameters are indicated to be quite useful for the diagnosis, treatment, even the prevention of multiple diseases. In silico approach of the study of these blood flow characteristics through computational fluid dynamics is being widely used in recent years. The study that was made in order to create a numerical model and run a simulation of a three dimensional fluid flow inside a realistic geometry of a human aorta is presented in this thesis. For the needs of the current study methods of acquiring geometry data were investigated. Focus was made on part of the stereolithography model utilized, more specifically on the ascending aorta, aortic arch and the thoracic part of the descending aorta. The tool that was employed for geometry processing, mesh generation, definition of the problem and the initial algorithm trials for flow simulation is the open source software for computational fluid dynamics OpenFOAM. Computational flow solution in the complex geometry was attempted using icoFoam, pisoFoam and simpleFoam solvers for a time-invariant input condition, as the aim was to observe and calculate the hemodynamic parameters of velocity and wall shear stresses during the ventricular ejection phase of the cardiac cycle. The adjustments to the default settings of various parameters and the behavior of said solvers were recorded in detail. Calculation of wss was achieved with simpleFoam and their distribution confirms the existence of a critical area for atherosclerosis due to low wall shear stresses in parts of the aortic arch. The computational trials of the present work demonstrate the difficulty of the problem in terms of: creation of proper numerical model, selection of an appropriate algorithm, selection of compatible boundary conditions, as well as computational costs and achieving convergence, especially for transient solvers and gradually reduced viscosity. 2021-10-19T10:27:43Z 2021-10-19T10:27:43Z 2021-10-19 http://hdl.handle.net/10889/15396 gr application/pdf |
