19975

2281 دكتري

دكتري

تبديل انرژي

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

1403

سيزده، 130ص. : مصور، جدول، نمودار

1403/09/06

كتابنامه

مهندسي مكانيك

مهندسي مكانيك

1403/09/07

23090697

روابط موري به عنوان يكي از رايج ترين روابط بهينگي، بيان كننده ارتباط ميان شعاع شاخه¬ها و زاويه انشعاب در مجاري سيال مي¬باشد. اساس محاسبه رابطه موري بر اساس حداقل مقاومت جريان پايا بر مبناي حجم ثابت جريان سيال است. روابط موري در شبكه انشعاب عروق بدن، عموما در محدوده مويرگ¬ها و عروق كوچك برقرار است. با افزايش قطر رگ و غلبه ماهيت نوساني و پالسي جريان خون، انحرافاتي از اين رابطه مشاهده شده است و در شريان¬هايي نظير آئورت، شريان¬هاي كرونري و حلقه ويليس در مغز نسبت قطر اختلاف زيادي از مقادير پيشنهادي توسط موري دارد. در پژوهش حاضر با كمينه سازي مقاومت جريان پالسي و قيد حجم ثابت جريان سيال، رابطه موري به جريان پالسي تعميم داده شده و رابطه جامع بهينگي شبكه انشعاب عروق ارائه شده است. اين رابطه بر كل شبكه عروق از شريان¬هاي كوچك نظير كاپيلاري تا عروق بزرگ نظير آئورت منطبق است و مشخصات بهينه انشعاب را در كل شبكه پيشنهاد مي¬دهد. اين رابطه به عنوان رابطه¬اي جامع براي انشعابات متقارن و نامتقارن ارائه شده است. از مزاياي اين رابطه آن است كه با توجه به ثابت بودن ويژگي¬هاي فيزيكي سيال خون، خصوصيات انشعاب تنها مبتني بر سايز قطر رگ مادر (عدد ومرسلي متناظر آن) محاسبه خواهد شد. خصوصيات انشعاب پيشنهادي توسط روابط تحليلي ارائه شده به خوبي با داده¬هاي بيولوژيك و كلينيكي موجود همخواني دارد. در خصوص انشعابات حلقه ويليس كه انحراف زيادي از رابطه موري در آن مشاهده شده است، با توجه به عملكرد اين عروق در كنترل دماي مغز و اهميت ثابت ماندن دماي مغز جهت انجام فعاليت¬هاي عادي، كمينه سازي مقاومت جريان پالسي بر اساس ثابت بودن سطح جانبي انشعاب (سطح تر شده) انجام شده و براي اولين بار روابط تحليلي بهينگي در انشعابات عروق اصلي اين ناحيه ارائه شده است. بر مبناي نتايج حاصل، روابط تحليلي به خوبي با شرايط انشعاب حلقه ويليس و داده¬هاي تجربي موجود مطابقت دارد. علاوه بر آن، در راستاي ارزيابي نتايج روابط تحليلي بدست آمده، شيبه سازي عددي جريان در شرايط نوساني و اعداد ومرسلي گوناگون با مقايسه مقاومت جريان در هندسه مبتني بر روابط موري و روابط تحليلي انجام شده است. بر اساس نتايج بدست آمده، هندسه¬هاي انشعاب پيشنهاد شده توسط روابط تحليلي، در شرايط جريان پالسي عملكرد بهتري نسبت به هندسه موري داشته و مقاومت جريان در آن كمتر مي¬باشد. علاوه بر آن عروق اصلي حلقه ويليس نيز از لحاظ دمايي نسبت به هندسه موري، پايداري حرارتي بيشتري را نتيجه مي¬دهد. در مرحله آخر، شبيه سازي جريان خون در شرايط طبيعي جريان در شريان كرونري و انشعاب آئورت-ايلياك انجام گرفته و الگوي جريان و توزيع تنش هموديناميك در هندسه مبتني بر روابط تحليلي و رابطه موري مقايسه شده است. بر اساس نتايج بدست آمده، هندسه موري نسبت به روابط تحليلي پيشنهاد شده در اين پژوهش، تنش برشي كم و نوساني¬تر را نتيجه مي¬دهد و شاخص نوساني تنش در آن بيشتر است. با توجه به اينكه كاهش تنش برشي و نوساني شدن آن، ريسك تشكيل پلاك و تصلب شرايين را افزايش مي¬دهد، بر مبناي نتايج حاصل از شبيه سازي و بررسي الگوي جريان، دلايل عدم تبعيت عروق بزرگ و متوسط (با شرايط جريان ورودي پالسي) از روابط موري مشخص مي-شود. لذا در صورت استفاده از روابط ارائه شده در اين پژوهش براي توليد شريان¬هاي مصنوعي و عروق كنار گذر (باي پس) مي¬توان انتظار داشت ريسك گرفتگي جريان به حداقل برسد.

Murray’s law, as the best-known optimal relation between bifurcation calibers, is obtained based on the assumption of steady-state Poiseuille blood flow and is mostly accurate in small vessels. In middle sized and large vessels such as the aorta, coronary arteries, Circle of Willis, the pulsatile nature of the flow is dominant and deviations from Murray law have been observed. In the present study, a general scaling law is proposed, which describes the optimum relationship between the characteristics of bifurcations and pulsatile flow. This scaling law proposes optimal flow (i.e. less flow resistance) for the full range of the vascular system, from the small vessels to large ones such aorta, encompassing both symmetrical and asymmetrical bifurcations. One of the merits of this scaling law is that bifurcation characteristics solely depend on the diameter of parent vessels. This scaling law is in acceptable agreement with available clinical morphometric data such as those reported for coronary arteries, aortoiliac bifurcations and the main arteries of Circle of Willis. Numerical simulation of pulsatile flow for several Womersley numbers indicates that the general scaling law provides more preferable flow patterns, less flow resistance, and more efficiency and temperature stability than Murray law in pulsatile flow.

محسن ثقفيان , مهدي نيلي احمدآبادي

ابراهيم شيراني چهار سوقي

احمدرضا پيشه وراصفهاني , محمدرضا توكلي نژاد , ناصر فتورائي