مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

استفاده از روش ترکیبی شبکه بولتزمن و حجم محدود برای شبیه‌سازی جریان خون و انتقال جرم ذرات ال‌دی‌ال در رگ

نویسندگان
1 دانشجوی دکترا دانشگاه صنعتی اصفهان
2 دانشجوی ارشد دانشگاه صنعتی اصفهان
3 استاد-موسسه آموزش عالی صنعتی فولاد
4 استادیار دانشگاه صنعتی اصفهان
چکیده
هدف از این مقاله بررسی انتقال جرم لیپوپروتئین‌های‌کم‌چگال‌پلاسما در دیواره رگ با استفاده از روش شبکه بولتزمن می‌باشد. بزرگ بودن عدد اشمیت ذرات چربی، منجر به واگرایی حل در روش شبکه بولتزمن می‌شود. به منظور رفع این مشکل، شبکه بولتزمن با روش حجم محدود ترکیب شده است. در این روش ترکیبی، میدان سرعت جریان خون توسط روش شبکه بولتزمن با مدل زمان آرامش منفرد و معادله غلظت لیپیدها با استفاده از حل عددی معادله دیفرانسیلی انتقال جرم بهروش حجم محدود حل می‌شود. در روش شبکه بولتزمن برای حل مسئله انتقال جرم با عدد اشمیت در محدوده 3000-10، باید زمان آرامش چندگانه به کارگرفته شود که این خود زمان محاسبات را افزایش می‌دهد. برای اعداد اشمیت بزرگ‌تر از 3000 مدل زمان آرامش چندگانه نیز دیگر پاسخگو نیست و همگرایی حاصل نمی‌شود. ااین مقاله نشان می‌دهد روش ترکیبی اشاره شده توانایی حل مسئله انتقال جرم تا عدد اشمیت107 را دارد. تطبیق مناسب بین شبیه‌سازی انجام شده به روش ترکیبی با نتایج محققان قبلی و کاهش قابل توجه زمان حل مسئله نسبت به روش شبکه بولتزمن بیانگر عملکرد خوب روش ترکیبی در حل مسائل جریان و انتقال جرم با عدد اشمیت بالا می‌باشد. بالاخره روش ترکیبی ارائه شده برای شبیه‌سازی انتقال جرم ذرات الدی‌ال به کار گرفته می‌شود و پارامترهای مؤثربرافزایش غلظت سطحی،از جمله اندازه ذرات،سرعت مکشی روی جداره،تنش برشی دیواره،نوع سیال ازنظر رفتارنیوتنی و غیرنیوتنی و تغییرضخامت لایه‌ مرزی غلظت باتغییر عدد اشمیت بررسی می‌شود.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Combine lattice Boltzmann and Finite Volume methods for simulating blood flow and LDL concentration in vessel

نویسندگان English

Mina Alafzadeh 1
Azam Torabi 2
Ebrahim Shirani 3
Mahdi Nili Ahmadabadi 4
چکیده English

The purpose of this paper is to investigate theLow-Density Lipoproteins (LDL) mass transfer in vessel walls using the Lattice Boltzmann Method (LBM). High Schmidt number of LDL leads to numerical instability of LBM.In order to solve this problem, LBM and finite volume method (FVM) are combined.In this hybrid method, the blood velocity field is solved by LBM using the single relaxation time, SRT, model and FVM has been used for LDL concentration equation. LBM is able to simulate flow and mass transfer for the Schmidt number, Sc, up to 3000 only if the time consuming multi relaxation time is used. However, the purposed hybrid method suggested in this article can be used to solve the problem for Sc as high as 107. Good agreement between our results obtained from the hybrid simulation and the available results in the literature and noticeable decrease in CPU time compared with when the LBM is used for both flow and mass transfer, indicates the ability of the hybrid method.Finally, the hybrid methodis used to simulate the mass transfer of LDL particles and investigate the effective factors for increasing the surface concentration, such as the size of LDL particles, wall suction velocity, wall shear stress, Newtonian and non-Newtonian fluids behavior and change of concentration boundary layer with various Schmidt number.

کلیدواژه‌ها English

Lattice Boltzmann Method
Hybrid Method
LDL
Schmidt number