تحلیل CFD جریان خون در مجرای دوراهی رگ توسط آباکوس

مکانیک سیالات را باید از علوم جذاب و کاربردی دانست که در بین محققین حوزه مکانیک و عمران توجهات بسیاری را به خود جلب کرده است. تحلیل سیالات آرام و مغشوش، حل مسائل لایه مرزی، بررسی رفتار سیال در مخازن متحرک/ ایستا و برخورد سیال با سازه را می توان از متداول‌ترین موضوعات این علم به شمار آورد. در این میان آباکوس توانسته است تا بعنوان یک نرم‌افزار اجزای محدود قدرتمند، توانایی خود در شبیه‌سازی و تحلیل مسائل سیالات را به اثبات برساند. وجود حلگر قوی دینامیک سیالاتی محاسباتی یا در اختصار CFD به کاربر این امکان را می‌دهد تا در مسائل متنوع این رشته به حلی دقیق دست یابد. در این مثال قصد داریم تا شما را با نحوه تحلیل یک مسئله CFD در آباکوس آشنا کنیم. با ما همراه باشید و آموزش جذاب “تحلیل CFD جریان خون در مجرای دوراهی رگ توسط آباکوس” را از دست ندهید.

صورت مسئله تحلیل CFD جریان خون در مجرای دوراهی رگ توسط آباکوس

قصد داریم تا جریان یک سیال نیوتنی مانند خون را در مسیر دو شاخه یک رگ مورد بررسی قرار دهیم. بدلیل جلوگیری از اتلاف وقت شما عزیزان، هندسه رگ در نرم‌افزارهای طراحی آماده شده است. لذا پیش از شروع روند مدل‌سازی در آباکوس، فایل igs مربوطه را دانلود کرده و مراحل باقیمانده را با استفاده از راهنمای زیر دنبال کنید.

• ◄ حوزه کاربرد: مهندسی مکانیک، مهندسی پزشکی، مهندسی شیمی، مهندسی عمران
• ◄ اطلاعات بیشتر: Simuleon.com، www.3ds.com
• ◄ کلیدواژه‌ها: تحلیل جریان خون در رگ توسط آباکوس، آنالیز CFD در آباکوس، شبیه‌سازی جریان خون در آباکوس، شبیه‌سازی جریان سیال در آباکوس، تحلیل CFD در نرم‌افزار آباکوس، دینامیک سیالات محاسباتی (CFD: Computational fluid dynamics)
• ◄ تذکر: دانلود فایل igs پروژه آنالیز CFD جریان خون در مجرای دوراهی رگ توسط آباکوس (فایل مدل هندسی) از لینک زیر:

دانلود فایل‌ igs

حل مسئله تحلیل CFD جریان خون در رگ توسط آباکوس

اگر مطالب آموزشی Abaqus را در سایت آکادمی نرم‌افزارهای مکانیک دنبال کرده باشید، می دانید که برای انجام یک تحلیل در حوزه دینامیک سیالات محاسباتی، از پنجره آغازین نرم‌افزار، باید گزینه With CFD Model را انتخاب نماییم. لذا پس از دانلود فایل igs مسئله و انتخاب حالت فوق، نسبت به فراخوانی مدل هندسی از مسیر File → Import → Part اقدام کنید.

در گام بعد به ماژول Property رفته و خواص مکانیکی مربوط به خون (ویسکوزیته 2.5E-9 MPa.s و چگالی 1E-9 ton/mm³) را تعریف نمایید. در ادامه نیز مقطعی از نوع Fluid همگن ایجاد کرده و به مدل هندسی اختصاص دهید.

سپس جهت ادامه تحلیل، مدل هندسی مربوطه را در محیط Assembly وارد کنید. از آنجایی که در گام‌های بعدی از حل، به سطوح ورودی / خروجی جریان و نیز دیواره رگ نیاز داریم، از مسیر Tools → Surface → Create در منوی اصلی و به کمک تصویر زیر، چهار سطح مجزا ایجاد نمایید.

با هدف تعیین نوع حلگر و زمان حل مسئله در آباکوس، به ماژول Step رفته و حلگری از نوع Flow Step با زمان 1s تعریف کنید. سایر پیش فرض‌های موجود در این بخش را پذیرفته و در ادامه تحلیل CFD به محیط Load وارد شوید.

در اولین قدم، به کمک مسیر Tools → Amplitude → Create در منوی اصلی، دامنه‌ای خطی مانند شکل زیر ایجاد نمایید.

با توجه به ماهیت مسئله، نیاز داریم تا به تعریف سرعت و فشار جریان در ورودی / خروجی‌های مورد نظر بپردازیم. لذا با استفاده از الگوی تصویری زیر، با دقت به اعمال شرایط مرزی مسئله اقدام کنید.

گام اول : تعریف سرعت سیال ورودی در سطح INLET

گام دوم : تعریف سرعت سیال خروجی در سطح OUTLET1

گام سوم : تعریف فشار در خروجی در سطح OUTLET2

گام چهارم : تعریف شرط مرزی عدم لغزش در دیواره یا WALL

حال بر روی گزینه Predefined Field کلیک کرده و مانند تصویر زیر، بارگذاری مورد نظر را اعمال نمایید.

در آخرین گام از فرآیند مدل‌سازی مسئله CFD در آباکوس، به ماژول Mesh وارد شده و شبکه اجزای محدودی به اندازه 0.3 واحد برای مدل رگ در نظر بگیرید.

 سپس با کلیک بر روی آیکون نشان داده شده ، المان‌های نوع Tet را انتخاب کرده و تیک مربوط به Insert boundary layer را فعال کنید. در پنجره باز شده نیز با توجه به تصویر زیر مقادیر مورد نظر را وارد کرده و از بخش Inactive faces هر سه سطح ورودی و خروجی را از ایجاد لایه مرزی مستثنا نمایید.

به شما تبریک می گوییم! با اتمام فرآیند فوق و ارسال مسئله به ماژول Job برای حل، قادر خواهید بود تا نتایج جذاب تحلیل عبور خون از درون یک رگ را مشاهده فرمایید. تصویر زیر کانتور فشار در تحلیل CFD جریان خون در مجرای دوراهی رگ توسط آباکوس را نشان می‌دهد.

تصویر زیر کانتور سرعت در تحلیل CFD جریان خون در رگ توسط Abaqus را نشان می‌دهد.

انیمیشن زیر نیز کانتور سرعت در حین تحلیل CFD جریان خون در رگ توسط آباکوس را نشان می‌دهد.

این مثال به خوبی می تواند راهنمای شما در تحلیل CFD به کمک Abaqus باشد. تجربیات خود را از این تحلیل با ما در میان بگذارید.

منبع: آکادمی نرم‌افزارهای مکانیک