Constructal design of an idealized arterial bypass graft subjected to Newtonian and non-Newtonian blood flow
| Orientador(a) (dc.contributor.advisor) | Zinani, Flávia Schwarz Franceschini | |
| Coorientador(a) (dc.contributor.advisor-co1) | Rocha, Luiz Alberto Oliveira | |
| Lattes Coorientador(a) (dc.contributor.advisor-co1Lattes) | http://lattes.cnpq.br/2535324018884724 | pt_BR |
| Lattes Orientador(a) (dc.contributor.advisorLattes) | http://lattes.cnpq.br/8732272690265023 | pt_BR |
| Autor(a) (dc.contributor.author) | Dutra, Rafael Fernando | |
| Autor(a) Lattes (dc.contributor.authorLattes) | http://lattes.cnpq.br/7595102323200432 | pt_BR |
| Data de Disponibilização (dc.date.accessioned) | 2020-08-21T13:27:32Z | |
| dc.date.available (dc.date.available) | 2020-08-21T13:27:32Z | |
| Data da defesa / Data do evento (dc.date.issued) | 2020-04-06 | |
| Abstract (dc.description.abstract) | Arterial bypass grafts tend to fail after some years due to Intimal Hyperplasia – an abnormal proliferation of smooth muscle cells that leads to restenosis and graft occlusion. In this regard and based on the Constructal Design method, this dissertation, that is presented in the form of two articles, seeks to investigate the effect of geometric parameters and the influence of Carreau rheological parameters on the flow through a bypass graft circumventing an idealized, partially-stenosed coronary artery. The computational model assumes steadystate fluid flow through an idealized model for a partially stenosed artery with a bypass graft. A Computational Fluid Dynamics model and a Response Surface Methodology were employed to assess the effects of bypass geometry on pressure drop. The first article presented the analysis for a Newtonian fluid. As the diameter ratio D1/D increased and the junction angle α decreased, the pressure drop decreased and so the dependence of pressure drop on the stenosis degree. The effects of diameter ratio were more pronounced than those of junction angle on the velocity field and wall shear stress. The optimum point for all cases was D1/D,opt equal to 1 and α,opt equal to 30°, which is corroborated by previous studies. In a second article, the differences in between the Newtonian and non-Newtonian results were presented, through the analysis of the influence of rheological parameters of the Carreau model for blood. All the response surfaces generated for both the Newtonian and non-Newtonian cases presented a great similarity. The results obtained demonstrated that non-Newtonian rheological parameters did not influence neither the shape of the response surfaces nor the optimum points found, although they have a great impact on pressure drop, mainly the parameters 𝜂∗ and n. Besides, it was also evaluated the effects on velocity and wall shear stress caused by the variation of rheological parameters, where, 𝜂∗ and n, appear to have a more pronounced influence than . Finally, the results found in this dissertation demonstrated that the application of the Constructal Design method in hemodynamics might be a good alternative to provide configurations with enhanced performance and to provide valuable results to the understanding of biological flows. | en |
| Resumo (dc.description.resumo) | Os enxertos de bypass arterial tendem a falhar após alguns anos devido à Hiperplasia Intimal - uma proliferação anormal de células musculares lisas que leva à reestenose e à oclusão do enxerto. Nesse sentido e com base no método de Design Constructal, esta dissertação, que se apresenta na forma de dois artigos, busca investigar o efeito dos parâmetros geométricos e a influência dos parâmetros reológicos de Carreau no escoamento através de um enxerto de bypass contornando um idealizado, artéria coronária parcialmente estenosada. O modelo computacional assume fluxo de fluido estável através de um modelo idealizado para uma artéria parcialmente estenosada com enxerto de bypass. Um modelo de Dinâmica de Fluidos Computacional e uma Metodologia de Superfície de Resposta foram empregados para avaliar os efeitos da geometria do bypass na queda de pressão. O primeiro artigo apresentou a análise de um fluido newtoniano. À medida que a relação diâmetro D1 / D aumentou e o ângulo de junção α diminuiu, a queda de pressão diminuiu e, portanto, a dependência da queda de pressão no grau de estenose. Os efeitos da razão de diâmetro foram mais pronunciados do que aqueles do ângulo de junção no campo de velocidade e tensão de cisalhamento da parede. O ponto ótimo para todos os casos foi D1 / D, opt igual a 1 e α, opt igual a 30 °, o que é corroborado por estudos anteriores. Em um segundo artigo, foram apresentadas as diferenças entre os resultados newtonianos e não newtonianos, por meio da análise da influência dos parâmetros reológicos do modelo de Carreau para o sangue. Todas as superfícies de resposta geradas para os casos newtonianos e não newtonianos apresentaram grande similaridade. Os resultados obtidos demonstraram que os parâmetros reológicos não newtonianos não influenciaram na forma das superfícies de resposta nem nos pontos ótimos encontrados, embora tenham grande impacto na queda de pressão, principalmente os parâmetros 𝜂 ∗ e n. Além disso, também foram avaliados os efeitos na velocidade e na tensão de cisalhamento da parede causados pela variação dos parâmetros reológicos, onde, 𝜂 ∗ e n, parecem ter uma influência mais pronunciada do que . Por fim, os resultados encontrados nesta dissertação demonstraram que a aplicação do método Constructal Design em hemodinâmica pode ser uma boa alternativa para fornecer configurações com melhor desempenho e fornecer resultados valiosos para a compreensão dos fluxos biológicos. | pt_BR |
| Agência de fomento (dc.description.sponsorship) | CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior | pt_BR |
| URI (dc.identifier.uri) | http://www.repositorio.jesuita.org.br/handle/UNISINOS/9276 | |
| Idioma (dc.language) | en | en |
| Nome da instituição (dc.publisher) | Universidade do Vale do Rio dos Sinos | pt_BR |
| País da Instituição (dc.publisher.country) | Brasil | pt_BR |
| Departamento (dc.publisher.department) | Escola Politécnica | pt_BR |
| Sigla da Instituição (dc.publisher.initials) | Unisinos | pt_BR |
| Programa (dc.publisher.program) | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica | pt_BR |
| Direitos de acesso ao documento (dc.rights) | openAccess | pt_BR |
| Assunto (dc.subject) | Constructal design | en |
| Assunto (dc.subject) | Newtonian blood | en |
| Assunto (dc.subject) | Non-Newtonian blood | en |
| Assunto (dc.subject) | Carreau model | en |
| Assunto (dc.subject) | Coronary artery bypass graft | en |
| Assunto (dc.subject) | Dimensionless pressure drop | en |
| Tema (CNPq) (dc.subject.cnpq) | ACCNPQ::Engenharias::Engenharia Mecânica | pt_BR |
| Título (dc.title) | Constructal design of an idealized arterial bypass graft subjected to Newtonian and non-Newtonian blood flow | pt_BR |
| Tipo de arquivo (dc.type) | Dissertação | pt_BR |
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