Generación eficiente de mezcla mediante la combinación de diferentes geometrías helicoidales de pequeña amplitud
Autores: Cookson, Andrew N.; Doorly, Denis J.; Sherwin, Spencer J.
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2019
Acceso abierto
Artículo científico
2019
Generación eficiente de mezcla mediante la combinación de diferentes geometrías helicoidales de pequeña amplitud
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Geometrías helicoidales
Flujo en remolino
Trombosis
Hiperplasia neo-intimal
Efectividad de mezcla
Cruce de líneas de corriente
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
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Citaciones: Sin citaciones
Las geometrías helicoidales se han utilizado en los últimos años para formar prótesis cardiovasculares como stents y derivaciones. Se ha encontrado que la geometría helicoidal induce un flujo en remolino, promoviendo la mezcla en el plano. Se hipotetiza que esto reduce la formación de trombosis e hiperplasia neo-intimal, mejorando a su vez la permeabilidad del dispositivo y reduciendo las tasas de reimplantación. En este artículo investigamos si unir dos geometrías helicoidales, de diferentes radios helicoidales, en una secuencia repetitiva, puede producir ganancias significativas en la efectividad de la mezcla, al incorporar un entorno de flujo de "cruce de líneas de corriente". Dado que el costo computacional de calcular trayectorias de partículas en dominios extendidos es alto, en este trabajo ideamos un procedimiento para explorar de manera eficiente el amplio espacio de parámetros de posibles combinaciones de geometría. Los campos de velocidad para las geometrías individuales se obtuvieron primero utilizando el método espectral/hp de elementos. Luego, estos se concatenaron de manera discontinua, en serie, para el análisis de mezcla basado en el seguimiento de partículas de la geometría combinada. Se realizaron cálculos completos de las geometrías combinadas más prometedoras. La eficiencia de mezcla se evaluó cuantitativamente utilizando secciones de Poincaré, datos de tiempo de residencia de partículas y entropía de información. Se encontró una excelente concordancia entre el campo de flujo idealizado (campo de flujo concatenado) y las simulaciones completas del rendimiento de mezcla, revelando que no se requiere una discontinuidad estricta entre los campos de velocidad para que ocurra la mejora de mezcla, a través del cruce de líneas de corriente. Se encontró que la mezcla óptima ocurre para la combinación R=0.2D y R=0.5D, produciendo un aumento del 70% en la mezcla, en comparación con los diseños helicoidales individuales estándar. Los hallazgos de este trabajo apuntan a los beneficios de la interrupción del remolino y sugieren la concatenación como un medio eficiente para determinar configuraciones óptimas de geometrías repetitivas para futuros diseños de prótesis vasculares.
Descripción
Las geometrías helicoidales se han utilizado en los últimos años para formar prótesis cardiovasculares como stents y derivaciones. Se ha encontrado que la geometría helicoidal induce un flujo en remolino, promoviendo la mezcla en el plano. Se hipotetiza que esto reduce la formación de trombosis e hiperplasia neo-intimal, mejorando a su vez la permeabilidad del dispositivo y reduciendo las tasas de reimplantación. En este artículo investigamos si unir dos geometrías helicoidales, de diferentes radios helicoidales, en una secuencia repetitiva, puede producir ganancias significativas en la efectividad de la mezcla, al incorporar un entorno de flujo de "cruce de líneas de corriente". Dado que el costo computacional de calcular trayectorias de partículas en dominios extendidos es alto, en este trabajo ideamos un procedimiento para explorar de manera eficiente el amplio espacio de parámetros de posibles combinaciones de geometría. Los campos de velocidad para las geometrías individuales se obtuvieron primero utilizando el método espectral/hp de elementos. Luego, estos se concatenaron de manera discontinua, en serie, para el análisis de mezcla basado en el seguimiento de partículas de la geometría combinada. Se realizaron cálculos completos de las geometrías combinadas más prometedoras. La eficiencia de mezcla se evaluó cuantitativamente utilizando secciones de Poincaré, datos de tiempo de residencia de partículas y entropía de información. Se encontró una excelente concordancia entre el campo de flujo idealizado (campo de flujo concatenado) y las simulaciones completas del rendimiento de mezcla, revelando que no se requiere una discontinuidad estricta entre los campos de velocidad para que ocurra la mejora de mezcla, a través del cruce de líneas de corriente. Se encontró que la mezcla óptima ocurre para la combinación R=0.2D y R=0.5D, produciendo un aumento del 70% en la mezcla, en comparación con los diseños helicoidales individuales estándar. Los hallazgos de este trabajo apuntan a los beneficios de la interrupción del remolino y sugieren la concatenación como un medio eficiente para determinar configuraciones óptimas de geometrías repetitivas para futuros diseños de prótesis vasculares.