CFD modelling of two-phase pulsatile tubular flows

Abstract

Bazı darbeli borusal akışların analizi FLUENT hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) yazılım programı kullanılarak çalışılmıştır. Modelleme ve analiz çalışmaları üç ana adımda gerçekleştirilmiştir:İlk olarak; farklı akım şartlarında, tek fazlı, Newton tipi, laminar-darbeli rijit boru akışının ara bölgesindeki hız alanı; hesaplamalı teknikler kullanılarak incelenmiştir. Eksenel hız üzerine hesaplamalı ve deneysel bulgular, duvara yakın bölge (0.95<r/R<1.0) ve merkezi kor bölgesi (r/R<0.4) dışında, birbirlerini bütün çalışma fazlarında doğrulamaktadır.İkinci olarak; literatürde bulunan farklı sürükleme modelleri ve iki yeni modelin etkisinin anlaşılması için iki fazlı, sıvı-sıvı, Newton tipi olmayan, zamandan bağımsız düzenli akışın analizi yapılmıştır. Deneysel ölçümlerle en iyi uyumu Augier, ve Rusche ve Issa modellerinin sağladığı anlaşılmıştır.Son olarak, literatürdeki üç sürükleme modeli ve bir yeni modelin etkilerini değerlendirmek için, geometrik olarak gerçekçi bir sağ koroner damarda iki-fazlı, Newton tipi olmayan, darbeli kan akışının analizi yapılmıştır. Sonuçlar, sürükleme modelinin seçiminin kan hücrelerinin dağılımı üzerinde önemli bir etkiye sahip olduğunu ortaya çıkartmıştır. Komşu parçacıkların sürükleme üzerine etkisini içermeyen Schiller ve Nauman sürükleme modeli kan hücrelerinin dağılımını diğer modellerden farklı çıkarmıştır. Rusche ve Issa modeli, ve Cokelet ve Jung vd.'lerinin viskozite korelasyonuna bağlı uyarlanmış sürükleme modelini içeren sıvı-sıvı modellerin hesaplamaları arasında çok iyi bir uyum vardır. Katı parçacıklar için kullanılan Gidaspow modeli kan hücrelerinin dağılımı sıvı-sıvı modellerden biraz daha düşük hesaplamıştır.

The analysis of pulsatile tubular flow problems is studied by using FLUENT CFD (Computational Fluid Dynamics) software. Modelling and analysis are realized by three main steps:Firstly, single-phase, Newtonian, intermediate laminar pulsatile flow in rigid pipe flow at different flow conditions is studied for the evaluation of characteristic flow parameters. The computational and experimental data on axial velocity confirm each other except the near-wall region for 0.95<r/R<1.0 and the central core region for r/R<0.4 at all phases of the runs.Secondly, liquid-liquid, two-phase, non-Newtonian, steady flow is investigated to understand the suitability of various drag models cited in literature and two new drag coefficient correlation models. The Augier, and Rusche and Issa models are found to give the best agreement with experimental measurements.Finally, two-phase, non-Newtonian, pulsatile blood flow in a geometrically realistic right coronary artery is investigated to assess the influences of three drag models in literature, and one new modified model based on own experimental data of blood flow. The results reveal that the choice of drag models has a critical effect on the prediction of red blood cells? (RBCs) distributions. Schiller and Nauman drag model not including the effects of the presence of neighboring entities estimates RBC distribution differently than the other models. Estimations of liquid-liquid models including Rusche and Issa, and modified drag model based on Cokelet and Jung?s et al viscosity correlation is found to be very close to each other. Gidaspow model for solid particles underestimated a little more RBCs distribution than liquid-liquid models.