Vénabillentyűk FSI szimulációja
A nagyvérkörben a vénás hálózatnak fontos szerepe van, itt történik a szén-dioxidban dús vér visszajuttatása a szívbe. Az emberi test alsó végtagjaiban, a vér szív felé történő szállításában fontos funkciót töltenek be a vénabillentyűk, amelyek visszacsapó szelepként működnek és megakadályozzák a vér helytelen irányba történő áramlását. A vénabillentyűk körüli áramlás szimulációja fontos lehet az orvostudomány számára, lehetőség nyílik például a leválások és a pangó zónák meghatározására, illetve a leválási zónákban a vér tartózkodási idejének megbecsülésére.
Az Ansys programcsomag segítségével dolgoztam fel a problémát, kétdimenziós geometriát [1] alkalmaztam és kapcsolt (Fluid-Structure Interaction - FSI) szimulációkat hajtottam végre. Először Ansys CFX-ben adott háló használatával a billentyűk kinyílását vizsgáltam. A vénabillentyűket szilárd közegként definiáltam, a vénás érszakasz belső tere pedig a folyadék közeg. A szimulációkban felhasználtam az úgynevezett mesterséges kompresszibilitást. E beállítás a billentyűk közvetlen környezetében összenyomható közeget hoz létre, javítja a konvergenciát, és ennek segítségével tudtam csökkenteni a Young modulust, illetve növelni a tágulás mértékét. A szimulációk ennek ellenére instabilnak bizonyultak, a billentyűk csak csekély mértékben deformálódtak.
Következő lépésben áttértem Ansys Fluentre, ahol már egy eltérő hálóval nemcsak a elmozdulásnak a hálóra kifejtett hatását vizsgáltam, hanem újrahálózást is alkalmaztam. A cél az volt, hogy a billentyűk minél nagyobb mértékben kinyíljanak, miközben új háló generálódik abban a térrészben ahol a billentyűk mozognak. Ebben az esetben is felhasználtam a mesterséges kompresszibilitást. Ennek ellenére a számítások a kívánt számítási idő előtt hibával leálltak. Ekkor a hálóban olyan cellák keletkeztek, amelyek negatív térfogatúak voltak, ezért a vér közeg helyett kompresszíbilis közeget, levegőt alkalmaztam. Az összenyomhatóság jelentős mértékben javítja az FSI szimulációk stabilitását, így nagyobb elmozdulásokat lehetett létrehozni. A dolgozatban bemutatom az alkalmazott geometriát és a numerikus hálókat, illetve ismertetem a szimulációk során elért eredményeket.
Irodalom:
1. Kweon Ho Nam,Eunseop Yeom, Hojin Ha, Sang-Joon Lee: Velocitiy field measurement of valvular blood flow in a human superficial vein. Int J Cardiovasc Imaging 28:69–77, (2010).
szerző
-
Háznagy Gergely
gépészmérnöki
nappali alapszak
konzulens
-
Dr. Bárdossy Gergely
egyetemi tanársegéd, Hidrodinamikai Rendszerek Tanszék
