Tytuł pozycji:
Identification and modelling of the pulsatile blood flow in section of elastic large blood vessel
Modelling of the blood flow process using computational fluid dynamics (CFD) and finite element method (FEM) can improve considerably understanding, diagnosis and prevention of cardiovascular diseases in non-invasively way. Moreover, studying of processes inside human body helps to develop products that interacts with organism. For example, automotive and sport industry find it very useful for designing their products, reducing the cost for R&D at the same time. The aim of this study is to create a model of the blood flow in elastic blood vessel. Assumption of rigid blood vessel wall decreases the correctness of results, especially when the vessel undergoes quite large deformations. During cardiac cycle, the fluid flow induces forces from the time-varying blood pressure and wall shear stress. These forces causes strains of elastic vessels, which result in modification of the flow area. This was the motivation of using FluidStructure-Interaction (FSI) method. In this research a real geometry model from 8-year old female patient with a moderate thoracic aortic coarctation (CoA) was analyzed. The geometry was obtained by gadoliniumenhanced Magnetic Resonance Angiography (MRA). Model includes ascending aorta, arch of aorta, descending aorta, brachiocephalic artery with right subclavian and right common carotid artery, left common carotid artery, left subclavian artery. Due to the lack of the detailed data concerning arterial wall geometry, the wall thickness was calculated as 10% of the effective vessel radius. The simulation was performed using 2-way iteratively implicit approach of FSI. This approach couples two numerical solvers: ANSYS Mechanical (Finite Element Method) and ANSYS Fluent (Finite Volume Method). Pulsatile flow profile was implemented via User Defined Function (UDF) to mimic the cardiac cycle. This UDF consist of five polynomials created on twenty measuring points. The blood flow was modelled as laminar, single-phase, using non-Newtonian Carreau viscosity model.
Modelowanie procesu przepływu krwi oparte na numerycznej mechanice płynów oraz metodzie elementów skończonych może znacznie poprawić zrozumienie, diagnozę i profilaktykę chorób układu krążenia w sposób nieinwazyjny. Co więcej, analiza procesów zachodzących wewnątrz ludzkiego ciała pomaga w rozwoju produktów oddziałujących w pewien sposób na organizm. Przykładowo, w przemyśle samochodowym oraz sportowym jest ona niezwykle użyteczna na etapie projektowania produktu, jednocześnie zmniejszając nakład finansowy na badania i rozwój. Celem niniejszego badania było utworzenie modelu przepływu krwi w elastycznym naczyniu krwionośnym. Założenie nieodkształcalności ścian obniża poprawność wyników, szczególnie, gdy naczynie poddawane jest stosunkowo dużym odkształceniom. Podczas cyklu pracy serca, przepływ płynu wywiera siły wynikające ze zmiennego w czasie ciśnienia krwi i naprężeń ścinających. Siły te powodują odkształcenia elastycznych naczyń, co skutkuje modyfikacją powierzchni przepływu. Proces ten był argumentem do użycia metody Fluid-Structure Interaction. W badaniu wykorzystano rzeczywistą geometrię od ośmioletniej pacjentki z koarktacją części piersiowej aorty. Geometrię uzyskano na drodze wzmocnionej angiografii (MRA). Model zawiera aortę wstępującą, zstępującą, łuk aorty oraz górne odgałęzienia. Z powodu braku szczegółowych danych dotyczących geometrii ścian naczyń, ich grubość została założona jako 10% lokalnego promienia. Symulacja została przeprowadzona przy użyciu obustronnego sprzężenia. Podejście to jest związane z dwiema aplikacjami: ANSYS Mechanical (Metoda Elementów Skończonych) oraz ANSYS Fluent (Metoda Objętości Skończonych). Pulsacyjny profil przepływu krwi został zaimplementowany przy użyciu procedur definiowanych przez użytkownika (UDF – User Defined Function). Jest on złożony z pięciu wielomianów, utworzonych na bazie dwudziestu punktów pomiarowych. Przepływ krwi został zamodelowany jako jednofazowy, a płyn jako nienewtonowski (model Carreau).
Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).
