بررسی عددی سه بعدی جریان آشفته خون با اعداد رینولدز پایین در عروق دارای گرفتگی با تمرکز بر نواحی آرام-آشفته و لایه ای شدن مجدد جریان (متد جدید)

تمامی جریان های حوزه مهندسی اعم از جریان های ساده دو بعدی تا موارد خیلی پیچیده تر، بالاتر از یک عدد رینولدز خاص ناپایدار می-شوند. با توجه به تأثیر جریان آشفته بر روی پارامترهای هیدرودینامیکی لزوم شناخت مکانیزم های منتهی شونده و تعیین موقعیت ناحیه گذار جریان و تبدیل به جریان آشفته کاملاً آشکار می باشد. به عنوان یک نمونه از مسائل مهم و پرکاربرد در زمینه مهندسی پزشکی و مهندسی بیومکانیک وقوع گرفتگی در عروق می باشد. وقوع گرفتگی در عروق ماهیت و طبیعت جریان پایین دست را به طور اساسی دچار دگرگونی می-کند. جریان در پایین دست گرفتگی وابسته به پارامترهای هندسی، درجه گرفتگی و عدد رینولدز جریان می تواند به جریان آشفته تبدیل شود. از منظر دینامیک سیالات، میدان جریان در داخل عروق دارای گرفتگی به سه ناحیه تقسیم بندی می شود، بدین صورت که از ابتدای ورودی لوله تا شروع جریان آشفته، جریان آرام می باشد. با شروع جریان آشفته تا شروع لایه ای شدن مجدد جریان، جریان آشفته و از شروع لایه ای شدن مجدد جریان تا پایین دست و خروجی لوله جریان آرام می باشد. تاکنون مدل آشفتگی زیادی ارائه شده اند، که هر یک برای رژیم های خاص جریان و حتی در ناحیه خاصی از میدان جریان معتبر و دقیق می باشند. در تمامی مطالعات عددی گذشته همواره از یک مدل آشفته و یا آرام برای شبیه سازی کل میدان جریان استفاده شده است، اما با توصیفی که از میدان جریان در بالا ارائه شده، این نوع شبیه سازی همواره با خطا همراه خواهد بود. در این پروژه با استفاده از روش حل ناحیه به ناحیه، به شبیه سازی میدان با توجه به رژیم جریان حاکم بر میدان پرداخته شده است. شبیه سازی برای دو مدل گرفتگی متفاوت متقارن محوری و نامتقارن با 50% و 75% کاهش سطح مقطع برای اعداد رینولدزهای 500، 1000، 2000 انجام گرفته است. هدف از این مطالعه، شناسایی موقعیت های گذار جریان به جریان آشفته و لایه ای شدن مجدد جریان و بررسی میزان صحت آن با داده های تجربی و عددی موجود می باشد. نتایج به دست برای مدل متقارن محوری، حاکی از پیش بینی عالی پروفیل های سرعت محوری و تنش های برشی دیواره می باشد. با توجه به اینکه برای مدل نامتقارن هیچ گونه نتایج تجربی و عددی معتبر نمی باشد تنها به ارائه نتایج پرداخته شده است. به طور کلی با افزایش عدد رینولدز تا یک عدد رینولدز بحرانی طول ناحیه چرخش افزایش یافته و سپس با افزایش عدد رینولدز این مقدار کاهش می یابد. در نهایت شبیه سازی ناحیه به ناحیه برای مدل سازی در گرفتگی با هندسه متفاوت و متوالی و یا در جریان دارای گرفتگی انشعابات و یا مدل سازی سیستم هوایی در نای و یا جریان های گذرا همانند جریان روی بال هواپیما پیشنهاد می شود.