Geri Dön

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

  1. Tez No: 877542
  2. Yazar: AHMET YUSUF ASİLTÜRK
  3. Danışmanlar: PROF. DR. SALİM KUNT ATALIK
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Biyomühendislik, Makine Mühendisliği, Bioengineering, Mechanical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2023
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Boğaziçi Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Hesaplamalı Bilimler ve Mühendislik Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. 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

  1. Pompaların dinamik analizi

    Dynamical analysis of pumps

    HAMDİ NADİR TURAL

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2013

    Enerjiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. TUNCER TOPRAK

    PROF. DR. HALUK KARADOĞAN

  2. 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

    İngilizce

    2017

    Bilim ve TeknolojiKoç Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. KEREM PEKKAN

  3. Elektrik enerji sistemlerindeki dengesizliklerin optimal işletme bakımından etkinlikleri

    The Effects of Unbalances in electrical power systems with reference to optimal operation

    SELİM AY

  4. 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

    Türkçe

    2021

    BiyomühendislikEge Üniversitesi

    Biyomühendislik Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. AYLİN ŞENDEMİR

  5. Investigation of flame characteristics in a turbulent premixed combustion

    Türbülanslı önkarışımlı yanma alevinin incelenmesi

    MOHAMMED KHUDHAIR ABBAS AL HUMAIRI

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2018

    Makine MühendisliğiÖzyeğin Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. ÖZGÜR ERTUNÇ