Srovnání pulsujícího proudění newtonské a ne-newtonské kapaliny v komplexní geometrii
Loading...
Date
Authors
ORCID
Advisor
Referee
Mark
A
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství
Abstract
Tato diplomová práce se zabývá pulsujícím prouděním newtonské a ne-newtonské kapaliny. V teoretické části jsou uvedeny potřebné teoretické znalosti jak obecně k pulsujícímu proudění, tak k ne-newtonskému chování kapaliny. Dále se práce zaměřuje na numerické modelování pulsujícího proudění v přímé, ideálně tuhé trubici a v „patient-specific“ modelu lidské tepny, přesněji v karotidě. Jsou použity dvě metody: numerické řešení pomocí metody konečných objemů (MKO) a také analytické řešení pomocí Besselových funkcí (tzv. Womersley). Výsledky jsou validovány proti experimentálnímu měření metodou „particle image velocimetry“ (PIV). Shoda numerického řešení s experimentálními daty je vzhledem k nepřesnostem PIV velmi dobrá z obou pohledů - kvalitativně i kvantitativně. Numerické řešení dále srovnává vliv turbulence a ne-newtonské kapaliny vůči bázi (laminární, newtonská kapalina). Vyvinutá metodika je v závěru aplikována na „patient-specific“ model karotidy, zrekonstruovaný z CT snímků. Měření in vivo je v lidských tepnách velmi nákladné a často invazivní. Výstupy z měření jsou tak omezené, většinou pouze na tlak a průtok. Výpočtové modelování proudění (CFD) je neinvazivní a výstupy jsou přes celou doménu. Díky těmto výhodám CFD výrazně přispívá k pochopení vlivu hemodynamiky při tvorbě kardiovaskulárních onemocnění.
This master's thesis deals with pulsating flow of Newtonian and non-Newtonian fluid. Theoretical part represents necessary theoretical knowledge for pulsating flow and understanding of non-Newtonian behaviour. Furthermore the thesis focus is directed on numerical simulation of pulsating flow in straight, ideally rigid tube and in patient-specific model of human artery, more precisely in carotid. Two methods are used: numerical solution based on finite volume method (FVM) and also analytical solution using Bessel functions by Womersley. Results are validated against experimental measurements of velocity profiles by particle image velocity method (PIV). The agreement between numerical and experimental data with consideration of PIV inaccuracy was was very good from both point of views - qualitative and quantitative. Numerical solution also compare influence of turbulence and non-Newtonian behaviour towards base (laminar flow, Newtonian fluid). Developed methodology is then applied on patient-specific model of carotid, which was renovated from computed tomography. Measurements in vivo in human arteries is very expensive and often invasive. Because of that measurement outputs are limited, most of the time on pressure and flow. Computational fluid dynamics (CFD) is non-invasive and outputs are through whole domain. Due to these advantages CFD significantly contributes to understanding of hemodynamics influence in cardiovascular diseases.
This master's thesis deals with pulsating flow of Newtonian and non-Newtonian fluid. Theoretical part represents necessary theoretical knowledge for pulsating flow and understanding of non-Newtonian behaviour. Furthermore the thesis focus is directed on numerical simulation of pulsating flow in straight, ideally rigid tube and in patient-specific model of human artery, more precisely in carotid. Two methods are used: numerical solution based on finite volume method (FVM) and also analytical solution using Bessel functions by Womersley. Results are validated against experimental measurements of velocity profiles by particle image velocity method (PIV). The agreement between numerical and experimental data with consideration of PIV inaccuracy was was very good from both point of views - qualitative and quantitative. Numerical solution also compare influence of turbulence and non-Newtonian behaviour towards base (laminar flow, Newtonian fluid). Developed methodology is then applied on patient-specific model of carotid, which was renovated from computed tomography. Measurements in vivo in human arteries is very expensive and often invasive. Because of that measurement outputs are limited, most of the time on pressure and flow. Computational fluid dynamics (CFD) is non-invasive and outputs are through whole domain. Due to these advantages CFD significantly contributes to understanding of hemodynamics influence in cardiovascular diseases.
Description
Citation
KOHÚT, J. Srovnání pulsujícího proudění newtonské a ne-newtonské kapaliny v komplexní geometrii [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství. 2020.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
cs
Study field
Fluidní inženýrství
Comittee
prof. Ing. František Pochylý, CSc. (předseda)
doc. Ing. Simona Fialová, Ph.D. (místopředseda)
doc. Ing. Jaroslav Štigler, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Jiří Burša, Ph.D. (člen)
Ing. Jindřich Veselý, Ph.D. (člen)
Date of acceptance
2020-07-13
Defence
Začátek 9:50
Konec 10:08
Tajemníka přečetl posudek nepřítomného vedoucího i nepřítomného oponenta.
Dr. Veselý se zeptal co vlastně znamená fyzikálně hodnota y+. Student dobře odpověděl.
Prof. Pochylý se zeptal jak je definovaná smyková rychlost. Student odpověděl částečně a prof. Pochylý se zeptal na upřesnění. Student odpověděl. Profy pochylý se zeptal jak je to v případě kdy nemám dokonale symetrickou geometrii.
Prof. Burša se zeptal na obecnější případ definice smykového napětí. Prof. Burša se zeptal co znamená MRI. Student řekl, že to je zkratka pro magnetickou rezonanci. prof. Burša se zeptal na limity smykového napětí. Student zodpověděl správně, že malá smyková naětí jsou kritické.
Doc. Štigler se zeptal jaká kapalina byla použita v experimentu. Student odpověděl.
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení