Skip to main content
SUPERVISOR
Ebrahim Shirani,Mahmud Ashrafizadeh
ابراهیم شیرانی چهارسوقی (استاد مشاور) محمود اشرفی زاده (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mehdi Falsafioon
مهدی فلسفیون

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1386
In this project, the main goal is simulation and investigation of low Reynolds number flows (Re 1) in a cylindrical enclosure which is expanded and contracted in a specified time period. The angle of cylinder opening is assumed constant at all generations and time independent for a self-similar geometry. In fact, study of this case help us to have a good understanding of air flow pattern inside the acinus of human pulmonary organ. Alveoli constitute the gas exchange units necessary for oxygen and carbon dioxide exchange with capillary blood vessels which are embedded within the alveolar membranes. Considering the cases described above, initially tried to present the conditions and the parameters of the problem and then tried to introduce Lattice Boltzmann method and to compare this method with other methods applied to solve fluid mechanic problems. Finally, there is a complete discussion about all flow patterns inside an alveolar in various generations. Dimensions applied for these simulations are in accordance with recent measurements for adult humans. Results for the rigid wall simulation case illustrate that convection in the duct induces a shear flow across the alveolus opening, thus generating a recirculation region filling the entire alveolar cavity. Results for the moving wall case (real state) determine that the rhythmic wall motion induces a small portion of the flow travels along the alveolar walls during breathing period. Thus, the fundamental difference compared to the rigid alveolus case is that net convective traort from the duct into the alveolus now exists. Also, the resulting alveolar flow patterns are largely time independent and governed by the ratio of the alveolar to ductal flow rates. This ratio depends uniquely on geometrical configuration such that alveolar flow patterns may be entirely determined by the location of the alveoli along the acinar tree. Key Words: Alveoli, Periodic Flow, Lattice Boltzmann Method, Moving Curve Boundary Condition
در این پروژه هدف بررسی و شبیه سازی جریان هوا با اعداد رینولدز پائین ( Re 1) در یک حفره است که با شعاع متغییر r(t) تعریف می شود. حفره در طول پریود زمانی T به صورت سینوسی منقبض و منبسط شده و هوا از یک دهانه با زاویه ? به حفره وارد و از آن خارج می شود. زاویه ? در کل دورهً انقباض و انبساط ثابت فرض می باشد. در حقیقت هدف، بررسی شرایط مرزی متحرک دیوارهً حفره بر روی الگوی جریان به وجود آمده درون آن می شود. با توجه به پائین بودن عدد رینولدز و پریودیک بودن جریان برای مدل کردن مسئله از روش شبکه بولتزمن استفاده شده است. حل این مسئله به فهم بهتر الگوی جریان هوا و شبیه سازی آن درون کیسه هوائی ریه کمک خواهد کرد .کیسه های هوائی عمل تبادل اکسیژن و دی اکسید کربن را با مویرگهای خونی (که سطح خارجی کیسه های هوائی را در بر گرفته اند) انجام میدهند. عمل انبساط کیسه های هوائی باعث ورود اکسیژن از محیط خارج به درون ریه و در نهایت به کیسه های هوائی شده و عمل انقباض کیسه های هوائی نیز باعث خروج دی اکسید کربن از کیسه های هوائی به درون ریه و در نهایت به محیط اطراف میشود. این عمل انقباض و انبساط به خاطر اختلاف فشار بین کیسه های هوائی و محیط اطراف به وجود می آید . با توجه به موارد بیان شده، در این پروژه سعی شده تا در ابتدا پارامترها و شرایط حل مسئله به همراه عملکرد مختصری از کیسه های هوائی ارائه شده و در مرحله بعد با معرفی شبکه بولتزمن و روشهای حل موجود برای آن، حل مسئله بیان شده مورد برسی قرار گرفته شود. در پایان نیز بر روی نتایج بدست آمده بحث شده و این نتایج با نتایج بدست آمده قبلی که همگی مبتنی بر حل مستقیم معادلات ناویر استوکس بوده اند مورد مقا یسه قرار گرفته است. ابعاد و اندازه های به کار برده شده برای این شبیه سازی بر پایه آخرین اندازه گیری های انجام شده از مجرا و کیسه هوائی دستگاه تنفسی یک انسان بالغ و در شرایط عادی تنفسی است. به طور خلاصه شبیه سازی در حالت دیواره صلب نشان می دهد که جابه جائی درون مجرا تنش برشی را در دهانه کیسه هوائی بوجود می آورد که باعث به وجود آمدن یک ناحیه چرخشی، که کل کیسه هوائی را در بر می گیرد، می شود. برای حالت دیواره متحرک همانند حالت دیواره صلب یک ناحیه چرخشی درون کیسه هوائی بوجود می آید؛ اضافه بر اینکه در این حالت می توان اینطور نتیجه گیری کرد که الگوی جریان در بازدم دقیقاً مانند الگوی جریان در حالت دم است اما جهت جریان در جهت مخالف است. در حالت دیواره متحرک؛ برای مدلهای هندسی که در این پروژه مورد بررسی قرار گرفت مشخص شد که در کل دو نوع پدیده غالب جریان در کیسه های هوائی وجود دارد: جریان چرخشی و جریان شعاعی. برای کیسه های هوائی در انشعابات ابتدائی (نسلهای اول کیسه های هوائی) به خاطر اختلاف زیاد بین سرعت درون کیسه های هوائی ومجرای اصلی عبور هوا پدیده غالب، جریان چرخشی است. در عین حال برای نسل های آخر کیسه های هوائی پدیده غالب درون آنها جریان شعاعی است. کلمات کلیدی: کیسه هوائی، جریان پریودیک، شبکه بولتزمن، مرز متحرک

ارتقاء امنیت وب با وف بومی