توصيفگر ها :
روش شبكه بولتزمن , سيالات غير نيوتني , مدل غير نيوتني خوني , گرفتگي در رگ
چكيده فارسي :
چكيده
روش شبكه بولتزمن يك روش حل عددي براي معادله انتقالي بولتزمن ميباشد. روش شبكه بولتزمن به علت سادگي اعمال آن كاربردهاي وسيعي در شبيه سازي جريانهاي متخلخل- جريانهاي آشفته- جريانهاي چند فازي- جريانهاي با مرز پيچيده- ... دارد و در سالهاي اخير بيش از پيش مورد توجه محققان قرارگرفته است. يكي از كاربردهاي اين روش عددي شبيه سازي رفتار سيال خون داخل عروق ميباشد. خون متشكل از سلولهاي خوني و پلاسما است. هرچند كه پلاسما همانند يك سيال نيوتوني رفتار ميكند اما خون رفتاري غيرنيوتوني از خود نشان ميدهد كه عامل آن سلولهاي خوني به خصوص گلبولهاي قرمز ميباشد.
گرفتگي عروق يكي از شايعترين علل مرگ و مير در كشورهاي مختلف است. تجمع چربي و يا انباشته شدن لخته خون درون سرخرگهاي بدن موجب تنگي مجراي رگ ميشود. از همين رو بررسي گرفتگي در عروق خوني از اهميت ويژهاي برخوردار ميباشد. در اين پاياننامه به بررسي جريان خون به عنوان يك سيال غيرنيوتني داخل رگ داراي گرفتگي پرداخته ميشود. در اين رساله ضمن معرفي مختصر معادله انتقالي بولتزمن و ارتباط آن با معادلات ناوير-استوكس و با معرفي تعدادي از مدلهاي غيرنيوتني ارائه شده براي خون، به بررسي جريان خون غيرنيوتني در رگ داراي گرفتگي با استفاده از روش شبكه بولتزمن پرداخته ميشود. در شبيهسازي مورد بررسي از مدلهاي غيرنيوتني تواني، كيسون و كاريو-ياسودا براي نشان دادن رفتار خون استفاده شدهاند. به منظور بررسي انسداد در رگ، با مدلسازي هندسه گرفتگي نزديك به واقعيت و اعمال شرايط مرزي مناسب الگوريتم شبكه بولتزمن را بوسيله نرمافزار متلب اجرا كرده و با استخراج نتايج، به تحليل اثر انسداد بر روي تغييرات سرعت، تنش برشي و افت فشار در محل گرفتگي ميپردازيم. نتايج نشان ميدهد كه در محل گرفتگي سرعت و تنش برشي افزايش مييابد و تغييرات سرعت و تنش برشي در محدوده انسداد در رگها موجب ايجاد جريانهاي برگشتي در پشت گرفتگيها ميشود.
چكيده انگليسي :
Abstract
The lattice Boltzmann method is a numerical technique for solving the Boltzmann transport equation. Due to its simple use, this method is widely applied to simulations of porous, turbulent, multi-phase, complex boundary, etc. flows and has attracted considerable attention from researchers in recent years. One application of this method is in simulating blood flow inside blood vessels. Blood is made of blood cells and plasma. Although plasma behaves as a Newtonian fluid, blood exhibits non-Newtonian behavior due to the presence of blood cells, especially red blood cells.
Atherosclerosis is one of the prevalent causes of death around the world. The buildup of fat or blood clots in arteries narrows them down. Hence, a study of occlusion in blood vessels is of critical importance. The present thesis examines blood flow as a non-Newtonian fluid inside occluded blood vessels. In this thesis, a brief introduction is provided about the Boltzmann transport equation and its relationship with the Navier-Stokes equations in addition to a number of non-Newtonian models presented for blood flow, and non-Newtonian blood flow is investigated in occluded vessels using the lattice Boltzmann method. Power-law, Casson, and Carreau-Yasuda non-Newtonian models were used to represent the behavior of blood in the simulation under study. In order to examine blood vessel occlusion, the occlusion geometry was modeled realistically, and suitable boundary conditions were applied. Then, the lattice Boltzmann algorithm was executed in MATLAB software. The results were then used to analyze the effect of occlusion on the changes in the velocity, shear stress, and pressure drop at the occlusion's location. The results indicate the velocity and shear stress increase at the location of the occlusion and that the changes in these parameters in this region cause vortices behind the occlusions.