Computational pulsatile flow and efficiency analysis of biocompatible microfluidic artificial lungs for different fiber configurations
Farklı fiber konfigürasyonları için biyouyumlu mikroakışkan yapay akciğerlerin hesaplamalı pulsatil akış ve verimlilik analizi
- Tez No: 877542
- Danışmanlar: PROF. DR. SALİM KUNT ATALIK
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Biyomühendislik, Makine Mühendisliği, Bioengineering, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Boğaziçi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Hesaplamalı Bilimler ve Mühendislik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 72
Özet
Ortalama boyutta bir mikro akışkan yapay akciğerin farklı sütn-sıra en-boy oranlarındaki konfigürasyonları; akış özellikleri, gaz transfer performansı, basınç kaybı, ve biyouyumluluğu sağlayan uygun duvar kayma gerilimlerinin incelenmesi için nümerik olarak analiz edilmektedir. Akış tamamen laminerdir ve sıkıştırılamaz olduğu varsayıl-\linebreak maktadır. Problemin çözümü hem Newtonyen hem de Newtonyen olmayan Carreau model ile yapılmaktadır. Gaz transferi analizi birleşik konveksiyon-difüzyon denk- \linebreak lemi çözülerek yapılmaktadır. Nümerik simülasyonlar yapılırken sonlu elemanlar yön- \linebreak temi kullanılmaktadır. Giriş debisi, kardiyak döngünün cihaz üzerindeki etkisini simule etmek için sinüzoidal dalga fonksiyonuyla modellenmektedir. Model ilk olarak hem durağan durumun deneysel sonuçlarlarla hem de geçici rejim analizinin korelasyonlarla karşılaştırılmasıyla doğrulanmaktadır. Doğrulanan model, hem durağan akış hem de pulsatil akış durumlarında parametrik çalışma için kullanılmaktadır. Sonuçlar, artan boy-en oranının, yakınsayan gaz transfer hızına, artan basınç kaybına, ve artan duvar kayma gerilimine sebep olduğunu göstermektedir. Biyouyumluluk için uygun kayma gerilimi limitlerinin sağlanması kritik bir rol oynamaktadır. Ayrıca, durağan durum analizinin yüksek boy-en oranları için gaz transfer performansını daha düşük bulduğu gözlemlenmektedir. Newtonyen modelde basınç kaybı ve kayma gerilimi değerlerinin Carreau modele göre daha düşük olduğu görülmüştür. Buna karşılık, Newtonyen modelde gas transfer performansının Carreau model sonuçlarına göre yaklaşık \% 5 daha yüksek olduğu bulunmaktadır.
Özet (Çeviri)
Average-sized microfluidic artificial lungs consisting of rows and columns of fiber bundles with the different column to row aspect ratios (AR) are numerically analyzed for flow characteristics, maximum gas transfer performance, minimum pressure drop, and proper wall shear stress (WSS) values in terms of biocompatibility. The flow is fully laminar and assumed to be incompressible. The problem is solved with both Newtonian and Non-Newtonian Carreau models. The transport analysis is performed using a combined convection-diffusion model, and the numerical simulations are carried out with the finite element method. The inlet volumetric flow is modeled as a sinusoidal wave function to simulate the cardiac cycle and its effect on the device performance. The model is first validated with experimental studies in steady-state condition and compared with existing correlations for transient conditions. Then, the validated model is used for a parametric study in both steady and pulsatile flow conditions. The results show that increasing the aspect ratio in fiber configuration leads to converging gas transfer rate, higher pressure drop, and higher WSS. While determining the optimum configuration, the acceptable shear stress levels play a decisive role to ensure biocompatibility. Also, it is observed that the steady analysis underestimates the gas transfer for higher aspect ratios. The Newtonian model finds the pressure drop and shear stress values less than the Carreau model. In contrast, the oxygen transfer performance observed in the Newtonian model is overestimated approximately by 5\% compared to the Carreau model predictions.
Benzer Tezler
- Pompaların dinamik analizi
Dynamical analysis of pumps
HAMDİ NADİR TURAL
Yüksek Lisans
Türkçe
2013
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TUNCER TOPRAK
PROF. DR. HALUK KARADOĞAN
- Investigation of biological flows through particle image velocimetry (PIV) combined with several imaging techniques
Parçacık görüntülemeli hız ölçümü (PIV) ve farklı görüntüleme yöntemlerinin birleştirilerek biyolojik akışların incelenmesi
FAZIL EMRE USLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
Bilim ve TeknolojiKoç ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. KEREM PEKKAN
- Elektrik enerji sistemlerindeki dengesizliklerin optimal işletme bakımından etkinlikleri
The Effects of Unbalances in electrical power systems with reference to optimal operation
SELİM AY
Doktora
Türkçe
1989
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiPROF.DR. NESRİN TARKAN
- In vıtro hipertansiyon modellenmesinde kullanılacak atardamar biyoreaktörü tasarlanması ve üretimi
Design and production of an artery bioreactor for in vitro hypertension model
M. MERT ÇELTİKOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
BiyomühendislikEge ÜniversitesiBiyomühendislik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. AYLİN ŞENDEMİR
- Investigation of flame characteristics in a turbulent premixed combustion
Türbülanslı önkarışımlı yanma alevinin incelenmesi
MOHAMMED KHUDHAIR ABBAS AL HUMAIRI
Doktora
İngilizce
2018
Makine MühendisliğiÖzyeğin ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ÖZGÜR ERTUNÇ