تحليل ديناميك سيالات محاسباتي اثر زاويه انبساط محفظه، حجم ضربه و طول مسير دسته فيبر بر عملكرد ريه مصنوعي

Computational Fluid Dynamics Analysis of Effects of Housing Expansion Angle, Stroke Volume and Path Length of the Fiber Bundles on Function of the Artificial Lung

ريه مصنوعي مي‌تواند براي بيماران در صف انتظار پيوند ريه و يا براي جراحي‌هاي باي‌پس قلبي، به‌عنوان دستگاه كمك ‌تنفسي به بيماران ياري رساند. در اين مطالعه، جريان تراكم ‌ناپذير و ضرباني خون نيوتني درون مدل كامل ريه مصنوعي، شامل منيفولد ورودي، محيط همگن متخلخل و منيفولد خروجي بررسي شد. اثر تغيير زاويه انبساط (15، 45 و 90 درجه)، حجم ضربه و طول مسير فيبرها بر روي امپدانس ريه مصنوعي با استفاده از تحليل ديناميك سيالات محاسباتي مطالعه شد. معادلات حاكم براي حل عددي به روش حجم محدود گسسته‌سازي شدند. همچنين با معيار قرار دادن امپدانس سيستم، مدل اغتشاش انتخاب شد. علاوه بر امپدانس، توزيع تنش برشي روي جداره محفظه‌ي دستگاه بررسي شد. نتايج نشان داد كه كاهش زاويه انبساط، كاهش حجم ضربه و افزايش طول مسير فيبرها موجب كاهش امپدانس سيستم مي‌شود. مدل 45 درجه به‌عنوان مدل مناسب انتخاب شد؛ چراكه علاوه بر امپدانس پايين، نواحي سكون و يا كم سرعت كه مي‌تواند موجب لخته ‌زايي شود، در اين مدل كمتر از مدل 15 درجه است. براي كاهش احتمال لخته ‌زايي، بهتر است كه ريه مصنوعي در توالي ريه طبيعي قرار گيرد.

An artificial lung can help patients waiting in line for a lung transplant or for heart bypass surgery as a respiratory aid. In this study, the incompressible and pulsatile Newtonian blood flow within a complete artificial lung model was investigated including inlet manifold, porous homogeneous medium, and outlet manifold. In this scale, the effect of variation of the expansion angle (15, 45, and 90 degrees), the stroke volume, the path length of the fibers on the artificial lung impedance was studied using computational fluid dynamics. The governing equations are discretized for a numerical solution by the finite volume method. Also, the turbulence model was selected by measuring the system impedance. In addition to the impedance, the shear stress distribution on the housing walls was investigated. The results showed that reducing the expansion angle, reducing the stroke volume, and increasing the path length of the fibers will reduce the impedance of the system. The 45-degree model has been chosen as the appropriate model. Because not only its impedance is low, but also areas with low speed flow, which can lead to clot formation, are less than the 15-degree model. In order to have lower clot formation, it is better to have the artificial lung with the natural one in series.