Topology optimization for 2D swirl flows with application in the design of a ventricular assist device (2022)
- Authors:
- Autor USP: ALONSO, DIEGO HAYASHI - EP
- Unidade: EP
- Sigla do Departamento: PMR
- Subjects: SANGUE; ROTOR; BOMBA; TROMBOSE; TURBULÊNCIA
- Agências de fomento:
- Language: Inglês
- Abstract: Dispositivos de Assistência Ventricular (DAVs) substituem ou auxiliam temporariamente o coração e a circulação sanguínea por meio de uma bomba de sangue de pequena escala. Devido à sua operação com sangue, os seus projetos visam minimizar o dano ao sangue (hemólise e trombose) e maximizar o desempenho (i.e., bombear de forma mais eficiente). Para isso, as topologias do rotor e da voluta têm um papel de destaque. Nesta pesquisa, o rotor é baseado no conceito de escoamento 2D girante, que consiste em escoamento axissimétrico rotativo, sendo representado principalmente pela bomba Tesla. Em uma bomba Tesla, o fluido é bombeado pelo efeito da camada limite (viscosidade) e não pela variação de quantidade de movimento linear (como em bombas de palhetas), o que pode levar a um menor dano ao sangue. Porém, a eficiência obtida é normalmente baixa, mas que pode ser aumentada utilizando o método de otimização topológica. Assim, nesta pesquisa, o método de otimização topológica é implementado para o modelo 2D de escoamento girante, também considerando um modelo não-Newtoniano para o sangue (Carreau-Yasuda) e modelos de hemólise/trombose para quantificar o dano ao sangue. Além disso, a otimização topológica de escoamento 2D girante é estendida para o modelo de turbulência de Wray-Agarwal (WA2018), que possui vantagens dos pontos-de-vista de simulação, e otimização topológica. O material sólido é modelado como um meio poroso com permeabilidade controlada pela otimização topológica. A implementação numérica é feita principalmente usando o software FEniCS, por meio da biblioteca dolfin-adjoint para a derivação automática do modelo adjunto, e também é usado o software OpenFOAM® para considerar escoamentos de alta velocidade, turbulência e simulações 3D. Para a otimização, os otimizadoresIPOPT e TOBS são considerados. Os projetos otimizados são interpretados e fabricados por manufatura aditiva, e então avaliados experimentalmente.
- Imprenta:
- Data da defesa: 27.05.2022
- Premiações recebidas: Prêmio Tese Destaque USP 2023 - grande área Engenharia
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ABNT
ALONSO, Diego Hayashi. Topology optimization for 2D swirl flows with application in the design of a ventricular assist device. 2022. Tese (Doutorado) – Universidade de São Paulo, São Paulo, 2022. Disponível em: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3152/tde-07072022-094033/. Acesso em: 02 jun. 2024. -
APA
Alonso, D. H. (2022). Topology optimization for 2D swirl flows with application in the design of a ventricular assist device (Tese (Doutorado). Universidade de São Paulo, São Paulo. Recuperado de https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3152/tde-07072022-094033/ -
NLM
Alonso DH. Topology optimization for 2D swirl flows with application in the design of a ventricular assist device [Internet]. 2022 ;[citado 2024 jun. 02 ] Available from: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3152/tde-07072022-094033/ -
Vancouver
Alonso DH. Topology optimization for 2D swirl flows with application in the design of a ventricular assist device [Internet]. 2022 ;[citado 2024 jun. 02 ] Available from: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3152/tde-07072022-094033/ - Blood flow topology optimization considering a thrombosis model
- Topology optimization for blood flow considering a hemolysis model
- Non-newtonian laminar 2D swirl flow design by the topology optimization method
- Topology optimization applied to the design of Tesla-type turbine devices
- Topology optimization based on a two-dimensional swirl flow model of Tesla-type pump devices
- Topology optimization method based on the Wray–Agarwal turbulence model
- Flexible framework for fluid topology optimization with OpenFOAM® and finite element‑based high‑level discrete adjoint method (FEniCS/ dolfin‑adjoint)
- Topology optimization applied to the design of 2D swirl flow devices
- Topology optimization applied to the development of small scale pump
- Topology optimisation for rotor‑stator fuid fow device
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