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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 발행연도
- 2016
- 저작권
- 울산대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수36
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대동맥 모델 내부 혈류 역학 수치해석 연구
울산대학교 대학원
기계공학과
문 승 환
혈관 내부에서 발생하는 복잡한 혈류 유동장에 의해 비정상적인 생체역학적 응력이 발생한다. 이는 동맥경화성(arteriosclerosis) 협착과 동맥류(aneurysm)의 발생 및 발달에 중요한 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 그러므로 혈관 벽 전단응력(Wall Shear Stress; WSS)의 분포를 알기 위해 정확한 혈류역학 해석이 필수적이나, 대동맥의 경우 높은 혈류량으로 인하여 난류 천이 유동이 발생하는 것으로 알려져 있어 수치 해석적인 어려움이 있다.
본 연구에서는 이상적인 대동맥 모델과 대동맥류가 위치한 실제 모델의 수치 해석을 위하여 레이놀즈 평균 나비어-스톡스(Reynolds-averaged Navier-Stokes; RANS) 방정식 기반 난류모델인 SST 난류모델과 LES 난류모델을 적용하여 수치 해석을 수행하였다. 수치 해석은 상용 소프트웨어인 STAR-CCM+를 이용하였으며, 실제 모델은 실제 환자의 의료 영상 기반의 모델을 적용하였다. 대동맥 내부에 발생하는 난류 천이 유동을 유동 모델에 따라 수치 해석을 수행하여 이상적인 대동맥 모델과 실제 모델의 유속 및 벽 전단응력 분포를 비교하고 난류 유동이 대동맥류에 미치는 영향을 알아보았다.
본 연구의 수치 해석 결과, 이상적인 모델 및 실제 모델의 내부에서 난류 천이 유동이 발생하였다. 이상적인 모델의 경우, 세 줄기 동맥의 입구부에서 높은 벽 전단응력 분포가 나타났다. 실제 모델의 경우, 동맥류 내부에서 재순환 유동이 발생하였다. 또한 수축기-이완기 동안 최대 벽 전단응력의 분포 위치가 대동맥류 바깥 면을 따라 위 아래로 이동하는 경향을 보였다. LES 모델의 결과가 Laminar 모델과 비교해 신뢰할 수 있는 결과를 보였다.
울산대학교 대학원
기계공학과
문 승 환
혈관 내부에서 발생하는 복잡한 혈류 유동장에 의해 비정상적인 생체역학적 응력이 발생한다. 이는 동맥경화성(arteriosclerosis) 협착과 동맥류(aneurysm)의 발생 및 발달에 중요한 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 그러므로 혈관 벽 전단응력(Wall Shear Stress; WSS)의 분포를 알기 위해 정확한 혈류역학 해석이 필수적이나, 대동맥의 경우 높은 혈류량으로 인하여 난류 천이 유동이 발생하는 것으로 알려져 있어 수치 해석적인 어려움이 있다.
본 연구에서는 이상적인 대동맥 모델과 대동맥류가 위치한 실제 모델의 수치 해석을 위하여 레이놀즈 평균 나비어-스톡스(Reynolds-averaged Navier-Stokes; RANS) 방정식 기반 난류모델인 SST 난류모델과 LES 난류모델을 적용하여 수치 해석을 수행하였다. 수치 해석은 상용 소프트웨어인 STAR-CCM+를 이용하였으며, 실제 모델은 실제 환자의 의료 영상 기반의 모델을 적용하였다. 대동맥 내부에 발생하는 난류 천이 유동을 유동 모델에 따라 수치 해석을 수행하여 이상적인 대동맥 모델과 실제 모델의 유속 및 벽 전단응력 분포를 비교하고 난류 유동이 대동맥류에 미치는 영향을 알아보았다.
본 연구의 수치 해석 결과, 이상적인 모델 및 실제 모델의 내부에서 난류 천이 유동이 발생하였다. 이상적인 모델의 경우, 세 줄기 동맥의 입구부에서 높은 벽 전단응력 분포가 나타났다. 실제 모델의 경우, 동맥류 내부에서 재순환 유동이 발생하였다. 또한 수축기-이완기 동안 최대 벽 전단응력의 분포 위치가 대동맥류 바깥 면을 따라 위 아래로 이동하는 경향을 보였다. LES 모델의 결과가 Laminar 모델과 비교해 신뢰할 수 있는 결과를 보였다.
목차
국문 요약 ⅰ목 차 ⅱ그림 차례 ⅲ표 차례ⅴ제 1 장 서 론 11.1 연구배경 11.1.1 동맥경화 11.1.2 대동맥류 11.1.3 SST 난류모델 및 LES 난류모델 21.2 기존 연구 3제 2 장 수치 해석 방법 52.1 수치 해석 방법 52.1.1 지배방정식 52.1.2 경계조건 7제 3 장 수치 해석 결과 93.1 이상적인 대동맥 모델 93.1.1 수치 모델 및 수치 격자 93.1.2 속도 분포와 유선 113.1.3 벽 전단응력 333.2 대동맥류가 위치한 실제 모델 393.2.1 수치 모델 및 수치 격자 393.2.2 속도 분포와 유선 413.2.3 벽 전단응력 51제 4 장 결 론 54참고문헌 56Abstract 58
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