Hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) kullanılarak FDA nozul geometrisinin incelenmesi
Investigation of FDA breast geometry using computationalfluid dynamics (CFD)
- Tez No: 942823
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ MESUDE AVCI
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Sivas Cumhuriyet Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 86
Özet
Hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD), günümüzde farklı araştırma ve endüstriyel alanlarda akış karakterizasyonu için yaygın olarak kullanılan oldukça başarılı bir yöntemdir. Bununla birlikte, tıbbi cihazlarda kullanımı, esas olarak bu alanda güvenliği yöneten düzenleyici standartlar nedeniyle nispeten az gelişmiştir. Bunun ışığında, kapsamlı ve standartlaştırılmış bir HAD metodolojisinin geliştirilmesi, biyomedikal uygulamaların doğruluğunu artırabileceği ve güvenilirliklerini güçlendirebileceği için çok önemlidir. Amerikan Gıda ve İlaç Dairesi (FDA), HAD modellerini doğrulamak için kanla temas eden kalp cihazlarına (kateterler, hipodermik iğneler, kan tüpleri, hemodiyaliz setleri, kanüller ve şırıngalar gibi) benzerlik gösteren bir kıyaslama çalışması sunmuştur. Literatürdeki çalışmalar incelendiğinde, bu FDA çalışmasının iki farklı konfigürasyonu olan ani daralma (SC) ve kademeli koni (GC) modellerine ait akış özelliklerinin doğrudan karşılaştırılmasının mevcut olmadığı görülmektedir. Bu nedenle, bu çalışmada, bu iki konfigürasyonun beş farklı deneysel koşulu için dört temel parametre (hız profili, türbülans yoğunluğu, dinamik basınç ve duvar kayma gerilmesi) incelenmiş ve doğrudan karşılaştırılmıştır. Elde edilen bulgulara göre, modeller hız dağılımları açısından değerlendirildiğinde kademeli koni modeli ani daralma modelinden daha avantajlı görünmektedir. Çünkü ani daralma modelinde hız değerleri model içerisinde daha fazla bölgede en yüksek değerlerinde kalmaktadır. Yani kan hücreleri maksimum hız değerine ani daralma modelinde daha fazla maruz kalacağından verebileceği hasarın da daha fazla olacağı düşünülmektedir. Modellerin türbülans derecelerinin dağılımı açısından kıyasında ise kademeli koni modeli daha avantajlı olmakla beraber türbülans değerlerinin en yüksek değerleri açısından bakıldığında ise ani daralma modeli daha uygun görülmektedir. Her iki modeli dinamik basınç açısından değerlendirecek olursak eğer dinamik basınçtaki en yüksek değerler söz konusu ise ani daralma konfigürasyonu daha avantajlıdır çünkü ani daralmada en yüksek dinamik basınç değerleri kademeli koni modelinden daha azdır. Ancak dinamik basınç profilleri açısından bir değerlendirme yaparsak kademeli koni modeli daha uygundur çünkü ani daralma modelinde dinamik basınç, model içerisinde çok daha uzun bir bölgede yüksek değerlerinde kalmaktadır. Her iki modeli duvar kayma değerleri açısından değerlendirirsek, duvar kayma gerilmesi değerlerinin büyüklüğü göz önüne alınırsa ani daralma modeli daha avantajlıdır çünkü en yüksek duvar kayma gerilmesi değerleri bu modelde daha düşüktür. Bu parametrenin dağılımı açısından bakıldığında ise kademeli koni modeli daha uygundur çünkü model içerisinde çok daha az bölgede duvar kayma gerilmesi değeri maksimuma ulaşmaktadır. Ancak ani daralma modelinde hücreler daha uzun bir süre en yüksek duvar kayma gerilmesi değerine maruz kalacaklardır. Bu bulgular, tıbbi cihaz tasarımı ve optimizasyonu açısından klinisyenlere ve mühendislik ekiplerine yol gösterici olabilecek niteliktedir. Özellikle hasta güvenliği ve performans düzenlemeleri göz önünde bulundurularak geliştirilecek cihazların daha etkili ve biyo-uyumlu olması adına önemli veriler sağlamaktadır.
Özet (Çeviri)
Computational fluid dynamics (CFD) is an exceptionally effective tool for characterizing flow across various research and industry fields. However, its application in medical devices remains relatively underdeveloped, primarily due to stringent regulatory standards governing safety. Thus, developing a comprehensive and standardized CFD methodology is essential, as it can enhance the accuracy and reliability of biomedical applications. The Food and Drug Administration (FDA) introduced a benchmark model that demonstrates similarities to blood-contacting heart devices, such as catheters, hypodermic needles, blood tubing, hemodialysis sets, cannulas, and syringes, to verify CFD models. When previous studies are investigated, it is seen that the direct comparison of the flow characteristics in two configurations of the nozzle (sudden contraction (SC) and gradual cone (GC)) does not exist. Therefore, this work examines four different parameters, velocity profiles, turbulence intensity, dynamic pressure, and wall shear stress, for five different experimental conditions of these two configurations. Moreover, a direct comparison of these four parameters of gradual cone and sudden contraction configurations at five different experimental conditions is performed. As a result of this study, when the models are evaluated in terms of velocity distributions, the gradual cone model seems more advantageous than the sudden contraction model. Because in the gradual cone model, velocity values remain at their highest in more regions. In other words, since the blood cells will be exposed to the maximum velocity value more in the sudden contraction model, it is thought that the damage it can cause will be more significant. When the models are compared in terms of turbulence intensity distribution, the gradual cone model is more advantageous. Still, the sudden contraction model is more suitable when the highest turbulence values are considered. If we evaluate both models in terms of dynamic pressure, if the highest values in dynamic pressure are in question, the sudden contraction configuration is more advantageous because the highest dynamic pressure values in sudden contraction are less than the gradual cone model. However, let's evaluate dynamic pressure profiles. The gradual cone model is more suitable because, in the sudden contraction model, the dynamic pressure remains at high values in a much longer region within the model. Let's evaluate both models regarding wall shear stress values, considering the magnitude of wall shear stress values. The sudden contraction model is more advantageous because the highest wall shear stress values are lower in this model. Let's consider the distribution of this parameter. The gradual cone model is more suitable because the wall shear stress value reaches the maximum in much fewer regions within the model. However, in the sudden contraction model, the cells will be exposed to the highest wall shear stress value for extended periods. These results will be helpful for clinicians since, with them, the design of medical devices will be more efficient, depending on patients' health and safety regulations
Benzer Tezler
- Detailed design of shell-and-tube heat exchangers using CFD
Hesaplamalı akışkanlar dinamiği yöntemi ile gövde-boru tipi ısı değiştiricilerinin ayrıntılı tasarımı
ENDER ÖZDEN
Yüksek Lisans
İngilizce
2007
Makine MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. İLKER TARI
- Çapraz akıştaki türbülanslı jet akışlarının deneysel ve hesaplamalı akışkanlar dinamiği analizi
Experimental and computational fluid dynamics analysis of turbulent jet in crossflow
SEYFETTİN BAYRAKTAR
Doktora
Türkçe
2008
Mühendislik BilimleriYıldız Teknik ÜniversitesiGemi İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TAMER YILMAZ
- Hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) kullanarak kümes içi çevre koşullarının belirlenmesi
Determination of indoor environmental conditions of broiler house by using computational fluid dynamics (CFD)
ERDEM KÜÇÜKTOPCU
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
ZiraatOndokuz Mayıs ÜniversitesiTarımsal Yapılar ve Sulama Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BİLAL CEMEK
- Aort anevrizmalarının hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) kullanılarak hemodinamik açıdan incelenmesi
Investigation of aortic aneurysms by using computational fluid dynamics (CFD) in terms of hemodynamics
GÖKHAN CANBOLAT
Doktora
Türkçe
2022
Makine MühendisliğiIsparta Uygulamalı Bilimler ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MURAT KORU
- Küresel bir yakıcıda hidrojen yanmasının hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) kullanılarak modellenmesi
Computational fluid dynamics (CFD) modelling of hydrogen combustion in a spherical combustor
ZEHRA GÖKALP ÖZTÜRK