پیوندهای مفید
آمار
| تعداد نشریات | 7 |
| تعداد شماره‌ها | 404 |
| تعداد مقالات | 5,423 |
| تعداد مشاهده مقاله | 5,527,131 |
| تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 5,023,264 |
تحلیل دینامیک سیالات محاسباتی اثر زاویه انبساط محفظه، حجم ضربه و طول مسیر دسته فیبر بر عملکرد ریه مصنوعی | ||
| نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر | ||
| مقاله 5، دوره 53، شماره 11، بهمن 1400، صفحه 5389-5408 اصل مقاله (1.57 M) | ||
| نوع مقاله: مقاله پژوهشی | ||
| شناسه دیجیتال (DOI): 10.22060/mej.2021.19498.7040 | ||
| نویسندگان | ||
| زهرا ملاحسینی1؛ بهمن وحیدی* 2 | ||
| 1دانشجو/دانشگاه تهران | ||
| 2دانشیار/دانشگاه تهران | ||
| چکیده | ||
| ریه مصنوعی می‌تواند برای بیماران در صف انتظار پیوند ریه و یا برای جراحی‌های بای‌پس قلبی، به‌عنوان دستگاه کمک تنفسی به بیماران یاری رساند. در این مطالعه، جریان تراکم ناپذیر و ضربانی خون نیوتنی درون مدل کامل ریه مصنوعی، شامل منیفولد ورودی، محیط همگن متخلخل و منیفولد خروجی بررسی شد. اثر تغییر زاویه انبساط (15، 45 و 90 درجه)، حجم ضربه و طول مسیر فیبرها بر روی امپدانس ریه مصنوعی با استفاده از تحلیل دینامیک سیالات محاسباتی مطالعه شد. معادلات حاکم برای حل عددی به روش حجم محدود گسسته‌سازی شدند. همچنین با معیار قرار دادن امپدانس سیستم، مدل اغتشاش انتخاب شد. علاوه بر امپدانس، توزیع تنش برشی روی جداره محفظه‌ی دستگاه بررسی شد. نتایج نشان داد که کاهش زاویه انبساط، کاهش حجم ضربه و افزایش طول مسیر فیبرها موجب کاهش امپدانس سیستم می‌شود. مدل 45 درجه به‌عنوان مدل مناسب انتخاب شد؛ چراکه علاوه بر امپدانس پایین، نواحی سکون و یا کم سرعت که می‌تواند موجب لخته زایی شود، در این مدل کمتر از مدل 15 درجه است. برای کاهش احتمال لخته زایی، بهتر است که ریه مصنوعی در توالی ریه طبیعی قرار گیرد. | ||
| کلیدواژه‌ها | ||
| تنش برشی؛ جریان ضربانی؛ تبادل اکسیژن؛ حجم ضربه؛ امپدانس سیستم | ||
| عنوان مقاله [English] | ||
| 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 | ||
| نویسندگان [English] | ||
| Zahra Mollahoseini1؛ Bahman Vahidi2 | ||
| 1MSc/University of Tehran | ||
| 2Associate professor/University of Tehran | ||
| چکیده [English] | ||
| 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. | ||
| کلیدواژه‌ها [English] | ||
| Shear stress, Pulsatile flow, Oxygen exchange, Stroke volume, System impedance | ||
|
سایر فایل های مرتبط با مقاله
|
||
| مراجع | ||
|
[1] J.A. Potkay, The promise of microfluidic artificial lungs, Lab on a Chip, 14(21) (2014) 4122-4138. [2] D.J. Skoog, J.R. Pohlmann, D.S. Demos, C.N. Scipione, A. Iyengar, R.E. Schewe, A.B. Suhaib, K.L. Koch, K.E. Cook, Fourteen day in vivo testing of a compliant thoracic artificial lung (cTAL), ASAIO journal (American Society for Artificial Internal Organs: 1992), 63(5) (2017) 644. [3] V. Charoenkul, F. Giron, E. Peirce 2nd, Respiratory support with a paracorporeal membrane oxygenator, Journal of Surgical Research, 14(5) (1973) 393-399. [4] J.B. Zwischenberger, C.M. Anderson, K.E. Cook, S.D. Lick, L.F. Mockros, R.H. Bartlett, Development of an implantable artificial lung: challenges and progress, ASAIO journal, 47(4) (2001) 316-320. [5] D. Camboni, A. Philipp, M. Arlt, M. Pfeiffer, M. Hilker, C. Schmid, First experience with a paracorporeal artificial lung in humans, Asaio Journal, 55(3) (2009) 304-306. [6] O.L. Colón, J. Miguel, L.A. Zayas, Biofluid mechanics of an artificial lung, in: Puerto Rico Mayagüez: Congress on biofluid dynamics of human body systems, 2004, pp. E1-34. [7] F. Boschetti, C.E. Perlman, K.E. Cook, L.F. Mockros, Hemodynamic effects of attachment modes and device design of a thoracic artificial lung, Asaio Journal, 46(1) (2000) 42-48. [8] R.E. Schewe, Thoracic artificial lung design, University of Michigan, 2012. [9] G. Wnek, G. Bowlin, Biofunctional Polymers/Jennifer L. West, in: Encyclopedia of Biomaterials and Biomedical Engineering, CRC Press, 2008, pp. 250-256. [10] Y.-c. Lin, K.M. Khanafer, R.H. Bartlett, R.B. Hirschl, J.L. Bull, An investigation of pulsatile flow past two cylinders as a model of blood flow in an artificial lung, International journal of heat and mass transfer, 54(15-16) (2011) 3191-3200. [11] Y.-c. Lin, D.O. Brant, R.H. Bartlett, R.B. Hirschl, J.L. Bull, Pulsatile flow past a cylinder: An experimental model of flow in an artificial lung, Asaio Journal, 52(6) (2006) 614-623. [12] K. Chan, H. Fujioka, R. Bartlett, R. Hirschl, J. Grotberg, Pulsatile flow and mass transport over an array of cylinders: gas transfer in a cardiac-driven artificial lung, Journal of Biomechanical Engineering, 128(1) (2006) 85-96. [13] J.R. Zierenberg, H. Fujioka, K.E. Cook, J.B. Grotberg, Pulsatile flow and oxygen transport past cylindrical fiber arrays for an artificial lung: Computational and experimental studies, Journal of biomechanical engineering, 130(3) (2008). [14] J.R. Zierenberg, H. Fujioka, R.B. Hirschl, R.H. Bartlett, J.B. Grotberg, Pulsatile Blood Flow and Oxygen Transport Past a Circular Cylinder, Journal of Biomechanical Engineering, 129(2) (2007) 202-215. [15] F. Boschetti, K.E. Cook, C.E. Perlman, L.F. Mockros, Blood flow pulsatility effects upon oxygen transfer in artificial lungs, ASAIO journal, 49(6) (2003) 678-686. [16] K.E. Cook, C.E. Perlman, R. Seipelt, C.L. Backer, C. Mavroudis, L.F. Mockros, Hemodynamic and gas transfer properties of a compliant thoracic artificial lung, ASAIO journal, 51(4) (2005) 404-411. [17] A. Qamar, R. Seda, J.L. Bull, Pulsatile flow past an oscillating cylinder, Physics of fluids, 23(4) (2011) 041903. [18] N. Salehi-Nik, G. Amoabediny, S.P. Banikarimi, B. Pouran, Z. Malaie-Balasi, B. Zandieh-Doulabi, J. Klein-Nulend, Nanoliposomal growth hormone and sodium nitrite release from silicone fibers reduces thrombus formation under flow, Annals of biomedical engineering, 44(8) (2016) 2417-2430. [19] M. Pflaum, M. Kühn-Kauffeldt, S. Schmeckebier, D. Dipresa, K. Chauhan, B. Wiegmann, R.J. Haug, J. Schein, A. Haverich, S. Korossis, Endothelialization and characterization of titanium dioxide-coated gas-exchange membranes for application in the bioartificial lung, Acta biomaterialia, 50 (2017) 510-521. [20] G.-B. Kim, S.-J. Kim, C.-U. Hong, T.-K. Kwon, N.-G. Kim, Enhancement of oxygen transfer in hollow fiber membrane by the vibration method, Korean Journal of Chemical Engineering, 22(4) (2005) 521-527. [21] R.A. Orizondo, G. Gino, G. Sultzbach, S.P. Madhani, B.J. Frankowski, W.J. Federspiel, Effects of hollow fiber membrane oscillation on an artificial lung, Annals of biomedical engineering, 46(5) (2018) 762-771. [22] B.V. Zahra Mollahoseini, Numerical Investigation of Oxygen Transfer and Blood Flow over Arrays of 3D Fibers of Artificial Lung, IRANIAN JOURNAL OF BIOMEDICAL ENGINEERING, 12(2) (2018) 125-136. [23] K.E. Cook, A.J. Makarewicz, C.L. Backer, L.F. Mockros, H. Przybylo, S.E. Crawford, J.M. Hernandez, R.J. Leonard, C. Mavroudis, Testing of an intrathoracic artificial lung in a pig model, ASAIO Journal (American Society for Artificial Internal Organs: 1992), 42(5) (1996) M604-609. [24] U. Manual, ANSYS FLUENT 12.0, Theory Guide, (2009). [25] L. Leverett, J. Hellums, C. Alfrey, E. Lynch, Red blood cell damage by shear stress, Biophysical journal, 12(3) (1972) 257-273. | ||
|
آمار تعداد مشاهده مقاله: 485 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 597 |
||
