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Hallo liebe community,
ich fange diese Woche mit meiner Diplomarbeit an und es geht im weitesten Sinne um die Simulation der Durchströmung von Bluckgefäßen mit openFOAM. Einige Erfahrungen konnte ich in den letzten Monaten bereits mit dem Programm sammeln und nun würde ich gern mal in die Runde fragen, was ich denn auf jeden Fall beachten muss? Blut nehm ich an, sollte ich als nicht-newtonsches Fluid betracht und auch bei den Randbedingungen bin ich mir noch nicht wirklich sicher, wie ich die setzen sollte um erstmal eine einfache Rechnung ohne Fluid-Struktur-Interaktion hinzubekommen. Ich habe ein inlet und 5 outlets, der Rest ist wall.
Habt ihr vielleicht schonmal ein paar Anregungen? Ich würde mich sehr freuen!
Viele Grüße an alle!
Philipp

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Maschinenbau-Student mit Vertiefungsrichtung "Angewandte Mechanik"

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Okay, ich hätte im Prinzip nun eine konkrete Frage: Blut als Suspension kann ja nicht als Newtonsches Fluid angesehen werden. Darum frage ich mich grad, ob eins der Modelle http://www.openfoam.com/features/transport.php
für die Approximation des nicht-newtonschen Verhaltens von Blut zulässig ist? Und falls nicht, wie kann ich gewährleisten, ein eigenes Modell zu kompilieren?

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Maschinenbau-Student mit Vertiefungsrichtung "Angewandte Mechanik"

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Hallo,

von
CrossPowerLaw über
BirdCarreau
HerschelBulkley
powerLaw

sind doch alles Modelle für nicht-newtonsche Fluide. Ich denke, du musst nur dahinterkommen, was der Unterschied zwischen diesen Modellen ist, und welches das Fluid Blut am besten beschreibt.

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Hallo,

ob Blut Newtonsch oder nicht hängt sicher vom Ort der Strömung ab und den Effekten die man untersuchen will:
In den grossen Gefäßen und am Herzen ist es meiner Meinung nach zulässig (je nach Fragestellung), in den Kapillaren natürlich nicht...

Details findet man in:
McDonald's Blood Flow in Arteries

Gruß

Ulrich

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Hallo bephi,
ein Blick in dieses Dokument hier mag ebenfalls hilfreich sein.

Beste Grüße

Matthioas

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Nihil Ex Nihilo

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@Ulrich: Vielen Dank für den Buchtipp! Ich habs mir in der Bibo gleich mal vorgemerkt!
@Matthias: Dir auch vielen Dank für den link! Werd ich gleich mal durchstöbern!

Dass Blut zum Teil auch newtonsch betrachtet wird, wenn der Querschnitt groß genug ist, habe ich manchmal auch gelesen, doch mein Betreuer verlangt die nichtnewtonsche Herangehensweise.
Ich werd wirklich versuchen, die Unterschiede der einzelnen Modelle von OpenFOAM herauszufinden und entscheide dann, welche vertretbar ist.

Was für mich auf jeden Fall noch ein Rätzel darstellt, sind meine Randbedingungen. So richtig habe ich noch keine Ahnung wie ich am Einlass so einen periodisch auftretenden Volumenstrom oder gar ein Geschwindigkeitsprofil aufbringen kann.
Habt ihr mit sowas schon Erfahrungen gesammelt?

Viele Grüße!

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Maschinenbau-Student mit Vertiefungsrichtung "Angewandte Mechanik"

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Ich habe also einen inlet und 5 outlets! Was würdet ihr denn als sinnvolle Randbedingungen vorschlagen? Generell stabil sollte ja sein: inlet: U fixedValue, p zeroGradient und am outlet umgedreht. Gilt das hier auch beziehungsweise für mehrere outlets?
Viele Grüße!

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Maschinenbau-Student mit Vertiefungsrichtung "Angewandte Mechanik"

[Diese Nachricht wurde von bephi am 01. Dez. 2010 editiert.]

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Hallo Bephi,

auch das hängt im wesentlichen davon ab, welche Effekte du beschreiben willst. Eine wesentliche Charakteristik der Blutströmung ist, dass diese pulsativ ist. Hierbei ergibt sich der pulsative Charakter aus dem Pumpen es Herzens und der Ausbreitung der Druckwelle. Dies ist nicht trival: Die Ausbreitung der Druckwelle im Blutsystem ist duch die elastische Wand erheblich reduziert (auf 4 m/s, während sie bei "echtem" Wasser run bei 1000 m/s vorliegt (nahezu inkompressibel). Um das richtig abzubilden, müßest Du die elastische Wand mit abbilden (s. Moens-Korteweg-Gleichung:
http://e3.physik.uni-dortmund.de/~suter/Vorlesung/Medizinphysik_06/3_Folien.pdf
da diese z.B. von der Gefäßnachgiebigkeit (Steifigeit) abhängt.

Dann entsteht ein stark gekoppeltes FSI-System, von dem ich angesichts Deiner Geometrie erst mal die Finger lassen würde (eher was für 'ne Disseration). D.h. ich würde im ersten Schritt im Inlet mir ein typische (aus experimentellen Profilen) zeitabhängige Geschwindigkeitsbedingung in OF wählen (timeVarying*), hier ein typsiches U(Time)-Profil aufprägen und die Outlets z.B. auf fixed pressure oder inletOutlet setzen.

Viel Spass

Ulrich

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Hab vielen Dank für die super Zusammenfassung der wichtigsten Zusammenhänge! Im Prinzip möchte ich schrittweise vorgehen und immer eine Vereinfachung entfernen.
Zunächst werd ich mir also eine konstante Geschwindigkeit vorgeben und die Geometrie als starr betrachten. Wahrscheinlich erstmal konstante Viskosität usw. Wenn das soweit konvergiert, würde ich als nächstes die nicht-newtonschen Eigenschaften umsetzen wollen und dann auch die Randbedingungen am Einlass verändern, damit der periodische Herzschlag nachgebildet wird. Und du hast wahrscheinlich recht, dass die FSI in dem Rahmen eine zu große Herausforderung ist und sie für später überbleiben kann  Ich setz mich erstmal ran...

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Maschinenbau-Student mit Vertiefungsrichtung "Angewandte Mechanik"

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