Skip to main content
SUPERVISOR
Mohammad saeed Saeedi,Ahmad-Reza Azimian
محمدسعید سعیدی (استاد راهنما) احمدرضا عظیمیان (استاد راهنما)
 
STUDENT
Ahmad Asiaban
احمد آسیابان

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1385
Human respiration system is complicated, and the relation between pressure and flow in a respiratory tree structure consisting of a large number of tube segments and bifurcations is difficult. To facilitate investigation of ventilation distribution in the lungs, efforts have been directed towards development of some analog models, in which the resistive, inertial and elastic properties of the respiratory system have been simulated by similar method in electrical system ie. the RLC electrical circuits for each of the main compartments. The purpose of this study is to solve flow in different bifurcations in the respiration system and to determin the lumped model parameters. Viscous resistance is determined by solving steady flow in rigid bifurcations. The effect of inertia which is called inductance is determined by solving unsteady flow for inviscid fluid in rigid bifurcations. To determine the effect of wall elasticity which is called capacitance, the unsteady flow is solved. To determine capacitance parameter, dynamic mesh model in the Fluent software is used. The result of the present study shows that viscous resistance is different in different bifurcations. Simulations show that viscous resistance in bronchi within lobe and bronchiole models is almost constant and is near to Poiseuille flow resistance in a tube. However analytical equation in a tube is accurate but it is not exactly accurate in bifurcations in the respiration system. Solving the governing equations in different frequencies and with various inlet air volumes show that by increasing the frequency and entering air volume to the model inlet pressure and entering air volume to the daughter branche increase. Also by increasing frequency and entering air volume to the model the pendelluft phenomena in each respiration cycle will increase. Key Words Lung, Lump model, Resistance, Inductance, Capacitance, Bifurcation, Electric circuit
به‌منظور آسان نمودن بررسی توزیع هوا در سیستم تنفسی تلاشهایی در راستای توسعه مدل‌های تشابهی فشرده انجام شده است. در مدل‌های فشرده خواص مقاومتی، اینرسی و الاستیک هر کدام از مجاری تنفسی با عناصر مدارهای الکتریکی (مقاومت، سلف و خازن) معادل سازی می‌شود. هدف از مطالعه حاضر حل جریان در قسمت‌های مختلف سیستم تنفسی و تعیین پارامترهای مدل فشرده می‌باشد. برای این منظور شبیه‌سازی جریان در سه قسمت از مجاری هوایی (مجاری بالایی، مجاری درون لوبی و مجاری تنفسی انتهایی) انجام شده است. هندسه مجاری به‌صورت سه بعدی و با استفاده از اطلاعات مدل متقارن وایبل و مدل نامتقارن هورسفیلد ساخته شده است. برای تعیین مقاومت اصطکاکی که ناشی از اصطکاک بین سیال و دیواره مجرا می‌باشد جریان به‌صورت پایا و به ازای دبی‌های ورودی مختلف در مجاری صلب حل شده است و با اندازه‌گیری فشار و جریان در مقاطع مختلف و پس از برازش منحنی به داده‌های بدست آمده مقاومت اصطکاکی تعیین شده است. برای تعیین اینرسی سیال که تحت عنوان اندوکتانس شناخته می‌شود جریان به‌صورت گذرا و به‌ازای دبی‌ ورودی خطی حل شده است و پس از تعیین فشار و جریان در مقاطع مختلف اندوکتانس تعیین شده است. در این حالت نیز دیواره مجاری صلب در نظر گرفته شده و برای حذف اثر مقاومت، جریان به‌صورت غیر لزج حل شده است. برای تعیین کپسیتانس که ناشی از اثر الاستیسیته دیواره مجاری می‌باشد جریان به‌صورت غیر لزج و گذرا و به‌ازای ورودی سینوسی حل شده است. در این‌حالت دیواره مجاری به‌وسیله روش‌های شبکه پویا متحرک سازی شده است. با تعیین دبی و فشار در مقاطع مختلف و با معلوم بودن اندوکتانس، کپسیتانس تعیین شده است. نتایج شبیه سازی نشان می‌دهد که مقدار مقاومت اصطکاکی در نسل‌های مختلف سیستم تنفسی متفاوت بوده و نمی‌توان رابطه واحدی که برای کلیه نسل‌ها صادق باشد ارائه نمود. بسته به هندسه و جایگاه هر دوشاخه در سیستم تنفسی، مقدار مقاومت از مقاومت جریان توسعه یافته در یک لوله مستقیم (مقاومت جریان پوازیل) منحرف می‌شود. شبیه‌سازی و تعیین مقاومت در دوشاخه‌های درون لوبی و برونکیول نشان می‌دهد که مقاومت در این دوشاخه‌ها تقریبا ثابت بوده و به مقاومت جریان پوازیل نزدیک می‌باشد. هرچند که رابطه تحلیلی اندوکتانس در مورد یک مجرای مستقیم و منفرد صادق است ولی در سیستم به‌ هم پیوسته مجاری هوایی در سیستم تنفسی این رابطه دقیقا صادق نمی‌باشد. با توجه به نزدیک بودن حالت جریان به جریان پوازیل در مدل نایژه درون لوبی و برونکیول، مقادیر اندوکتانس نیز به مقدار اندوکتانس تحلیلی نزدیک می‌باشد. حل معادلات حاکم بر مدار معادل الکتریکی و تغییر فرکانس تنفس و حجم هوای ورودی نشان می‌دهد که افزایش فرکانس تنفس و همچنین افزایش حجم هوای ورودی باعث افزایش فشار ورودی، زمان و افزایش درصد پدیده پندلوفت در هر سیکل تنفسی می‌شود. کلمات کلیدی: ریه، مدل فشرده، مقاومت، اندوکتانس، کپسیتانس، دوشاخه، برونکیول، نایژه، مدار الکتریکی

ارتقاء امنیت وب با وف بومی