Известия Саратовского университета. Новая серия.

Серия Математика. Механика. Информатика

ISSN 1816-9791 (Print)
ISSN 2541-9005 (Online)


Для цитирования:

Доль А. В., Иванов Д. В., Оленко Е. С., Островский Н. В. Крыльчатые расходомеры как инструмент оценки кровотока в экспериментальном стенде // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия : Математика. Механика. Информатика. 2022. Т. 22, вып. 4. С. 506-516. DOI: 10.18500/1816-9791-2022-22-4-506-516

Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0).
Опубликована онлайн: 
30.11.2022
Полный текст:
(downloads: 150)
Язык публикации: 
русский
Рубрика: 
Тип статьи: 
Научная статья
УДК: 
532.575.56
EDN: 
LZRLOQ

Крыльчатые расходомеры как инструмент оценки кровотока в экспериментальном стенде

Авторы: 
Доль Александр Викторович, Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского
Иванов Дмитрий Валерьевич, Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского
Оленко Елена Сергеевна, Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского
Островский Николай Владимирович, Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского
Аннотация: 

Разработкой экспериментальных стендов для оценки кровотоков по крупным артериям занимаются многие научные группы. Такие стенды используются для верификации результатов численного моделирования, а также для непосредственного анализа гемодинамики или исследования поведения стенок сосудов, а также заменителей биологических тканей. При разработке стендов встает задача выбора и калибровки расходомеров, которые используются для измерения кровотоков на входе в сосуд и на его выходах. Ультразвуковые устройства являются достаточно дорогими, стоимость крыльчатых расходомеров на порядок ниже, но их показания могут быть недостоверными в связи с тем, что они могут иметь высокое гидравлическое сопротивление. В данной работе были исследованы крыльчатые расходомеры модели YF-S401 (Китай). Проведена калибровка, выполнено численное моделирование вращения крыльчатки под действием потока воды, протекающей через расходомеры, проведена их модернизация, а также рассчитано гидравлическое сопротивление до и после модернизации. Расходомеры были использованы в экспериментальном стенде, в основе которого лежит насос, имитирующий работу сердца человека. На стенде были измерены объемные кровотоки на входе в модель сонной артерии со стенозом и на выходах из внутренней и наружной сонных артерий. Измеренные значения сравнивались с аналогичными характеристиками, полученными с помощью численного моделирования. Выявлено, что для использования расходомеров в экспериментальном стенде для изучения динамики кровотока необходима их модернизация. Модернизация заключалась в увеличении диаметра входного отверстия. До модернизации показания расходомеров и результаты численного моделирования расходились более чем на 50%. После модернизации результаты численного моделирования и показания расходомеров стали различаться не более чем на 6%. Разработана программа, позволяющая автоматически собирать данные о кровотоках с крыльчатых расходомеров. Собранный на основе насоса, моделирующего работу сердца, и крыльчатых расходомеров экспериментальный стенд может быть применен для оценки кровотоков по моделям крупных сосудов человека.

Благодарности: 
Работа выполнена при финансовой поддержке РНФ (проект № 20-71-00131).
Список источников: 
  1. Ivanova Y. F., Yukhnev A. D., Gataulin Y. A., Smirnov E. M., Vrabiy A. A., Vavilov V. N. Numerical and experimental study of the 3D flow in a graft-artery junction model // Journal of Physics: Conference Series. 2020. Vol. 1675, iss. 2020. P. 012003. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1675/1/012003
  2. Drayson O., Bernardini N., Abderrahaman A. B., Cerquetani L., Cipolletta A., Ferrer B. D., Falcone F., Gabetti S., Genoni M., Torta E., Vagnone F., Aguzzi M., Audas C., Compin M., Favier J.-J, Lizy-Destrez S., Morbiducci U. AIM (Artery in microgravity): An ICE cubes mission by university students // Proceedings of the 3rd Symposium on Space Educational Activities. University of Leicester, UK, 2019. P. 109–113. https://doi.org/10.29311/2020.27
  3. Levesque J., Hermawan H., Dube D., Mantovani D. Design of a pseudo-physiological test bench specific to the development of biodegradable metallic biomaterials // Acta Biomaterialia. 2008. Vol. 4, iss. 2. P. 284–295. https://doi.org/10.1016/j.actbio.2007.09.012
  4. Sindeev S. V., Frolov S. V., Liepsch D. Experimental setups for studies of blood flow in arteries of cardiovascular system // Вопросы современной науки и практики. Университет им. В. И. Вернадского. 2017. № 4 (66). С. 231–236. https://doi.org/10.17277/voprosy.2017.04.pp.231-236, EDN: YLQRCN
  5. Elliott W., Scott-Drechsel D., Tan W. In vitro model of physiological and pathological blood flow with application to investigations of vascular cell remodeling // Journal of Visualized Experiments. 2015. Vol. 3, iss. 105. P. e53224. https://doi.org/10.3791/53224
  6. Доль А. В., Иванов Д. В., Бахметьев А. С., Киреев С. И., Майстренко Д. Н., Гудзь А. А. Численное исследование влияния стеноза внутренних сонных артерий на гемодинамику артерий виллизиевого круга // Российский журнал биомеханики. 2021. Т. 25, № 4. С. 356–368. https://doi.org/10.15593/RZhBiomeh/2021.4.01
  7. Пуговкин А. А., Селищев С. В., Телышев Д. В. Стенд моделирования сердечно-сосудистой системы для испытаний аппаратов вспомогательного кровообращения // Медицинская техника. 2015. Т. 4, № 292. С. 17–20. EDN: TZXKBL
  8. Иванов Д. В., Доль А. В. Биомеханическое моделирование. Саратов : Амирит, 2021. 250 с.
  9. Лойцянский Л. Г. Механика жидкости и газа : учебник для вузов по специальности «Механика». Москва : Наука, 1973. 847 с.
  10. Schafer M. Finite-Volume Methods for Incompressible Flows // Schafer M. Computational Engineering – Introduction to Numerical Methods. Cham : Springer, 2022. P. 247–282. https://doi.org/10.1007/978-3-030-76027-4
Поступила в редакцию: 
24.05.2022
Принята к публикации: 
12.06.2022
Опубликована: 
30.11.2022