Có thể hiện bằng lưu trình sau:
Thiết lập các thông số và giải được làm theo các bước sau đây: 1. Khởi động phần mềm. 2. Tạo khối hình học, làm sạch. 3. Chia lưới. S Đ S S Xử lý kết quả phân tích sau
khi mô phỏng Hội tụ lời giải
Khởi động quá trình mô Thiết lập phương trình năng lượng, các điều khiện biên, điều khiện ban đầu, mô Lựa chọn phương pháp chia lưới, loại lưới
Bắt Đầu
Tạo khối hình học, làm sạch khối và xác định miền tính toán
Chạy Kiểm tra phương pháp hội tụ trong suốt quá trình lặp Chia lại lưới, thay đổi: biên, mô hình mô phỏng, chế độ khới động, phương pháp hội tụ lời giải…và Kiểm nghiệm độ chính xác
của kết quả mô phỏng
Mô phỏng
Dừng Đ
Vũ Đình Dũng Page 42 4. Thiết lập chung.
5. Mô hình hóa. 6. Vật liệu.
7. Điều kiện vận hành. 8. Điều kiện miền ô. 9. Điều kiện biên. 10. Bề mặt lưới. 11. Giải.
12. Xử lý kết quả.
Khởi động phần mềm
1. Kích biểu tượng Ansys
2. Chọn mô dun Fluent trong gói mô phỏng
Tạo khối hình học
Có hai phương án tạo khối hình học, thiết kế trực tiếp hoặc import mô hình có sẵn. Với trường hợp inport mô hình.
1. Đọc tập tin warm.STEP
Geometryreplace geometrybrowse. Chọn tập tin warm.STEP
2. Chọn update project
Chialưới
1. MeshEdit
2. ProfectModel(A3)GeometrydichtruyenMeterialFluid
3. ProfectModel(A3)GeometrydaytruyenMeterialSolid
4. ProfectModel(A3)GeometrytrudongMeterialSolid
5. ProfectModel(A3)MeshInsertMapped face meshing
Chọn kiểu lưới cho ống dẫn.
6. ProfectModel(A3)MeshInsertAutomatich Method
Chọn kiểu lưới cho dịch truyền và ống đồng (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Vũ Đình Dũng Page 43 Chọn update chia lưới
8. Tiến hành đặt tên các mặt trong mô hình
Hình 15: Chọn mặt cho mô hình mô phỏng
Hình 16: Đặt tên cho các mặt biên
9. Kiểm tra lưới
Vũ Đình Dũng Page 44
ANSYS FLUENT sẽ thực hiện kiểm tra khác nhau trên lưới và báo cáo tiến độ trong giao diện. Chắc chắn rằng thể tích nhỏ nhất được báo cáo là một số dương
10.Tỉ lệ lưới và thay đổi đơn vị chiều dài
GenaralScale
Chắc rằng Convert Units đã được chọn trong hộp thoại Scaling
Chọn in trong hộp thoại Mesh Was Created In
Bấn Scale để tỉ lệ lưới
Chọn in từ hộp thoại View Length Unit In để thiết lập đơn vị làm việc cho độ dài.
Đóng hộp thoai Scale Mesh
Vũ Đình Dũng Page 45
Hình 18: Kết quả quá trình check phần tử lưới
Hình 19: Kết quả chất lượng lưới
11.Hiện thị đường nét ngoài của lưới 3D
GeneralDisplay
Giữ nguyên các mặc định trong danh sách Surfaces
Bấm Display
Đóng hộp thoài Mesh Display
12.Thao tác mà hình nhận được kết quả hình bên
Vũ Đình Dũng Page 46
Thiết lập chung
1. Giữ nguyên mặc định cho các thiết bị lời giải
Hình 21: Bảng thiết lập chung thông số mô phỏng
units
Mô hình hóa
Models (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
1. Kích hoạt tính năng truyền nhiệt bằng cách kích hoạt phương trình năng lượng
Vũ Đình Dũng Page 47
Hình 22: Kích hoạt trao đổi năng lượng nhiệt
2. Kích hoạt tiêu chuẩn k-ɛ mô hình chảy rối
Models→ Viscous→Edit...
Hình 23: Kích hoạt và chọn thông sô môi trường rối
Chọn k-epsilon (2eqn) trong danh sách Model.
Giữ nguyên mặc định cho các thông số còn lại
Bấm ok để đóng hộp thoại Viscous Model
Vật liệu.
Vũ Đình Dũng Page 48
Materials→ Fluid→Creat/Edit...
Hình 24: Tạo vật liệu cho bài toán mô phỏng
Thêm vật liệu đồng (Cu)
Thêm vật liệu nước (H20)
Thêm vật liệu nhựa (không có sẵn trong thư viện, ta tạo vật liệu) Vật liệu đồng dùng làm tấm cấp nhiệt ổn định ở 420C:
Trọng lượng riêng 8978 (Kg/m3). Nhiệt dung riêng 381 (j/kg-k). Hệ số dẫn nhiệt 387.6 (w/m-k). Vật liệu nhựa dùng làm ống dẫn dịch truyền Trọng lượng riêng 1200 (Kg/m3). Nhiệt dung riêng 1380 (j/kg-k). Hệ số dẫn nhiệt 0.13 (w/m-k).
Vũ Đình Dũng Page 49 Dịch truyền (Nước muối)
Hình 25: Thông số vật liệu chất lỏng Trọng lượng riêng 998.2 (Kg/m3).
Nhiệt dung riêng 4182 (j/kg-k). Hệ số dẫn nhiệt 0.6 (w/m-k). Độ nhớt 0.001003 (Kg/m-s) Nhiệt độ đầu vào 50C
Điều kiện miền ô
Vũ Đình Dũng Page 50
Hình 26:Thiết lập điều kiện ô miền
1. Thiết lập các điều kiện biên cho dòng trong ống dẫn
a. Cell Zone Conditions daytruyenedit
Thay đổi các lựa chọn mặc định của chất lỏng trong danh sách Material Name thành loại vật liệu fluent(H20).
Bấm OK để đóng hội thoại.
b. Cell Zone Conditions daytruyenedit
Thay đổi các lựa chọn mặc định của chất lỏng trong danh sách Material Name thành loại vật liệu solid (nhua).
Bấm OK để đóng hội thoại. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
c. Cell Zone Conditions daytruyenedit
Thay đổi các lựa chọn mặc định của chất lỏng trong danh sách Material Name thành loại vật liệu solid (đồng).
Fix Valuse ở 425K
Bấm OK để đóng hội thoại
Điều kiện miền ô
Vũ Đình Dũng Page 51 1. Thiết lập các điều kiện biên cho hướng dòng chảy vào(inlet)
Boundary Conditions inletEdit
Hình 27: Thiết lập các điều kiện cho biên đầu vào inlet
Nhập 0.008m/s cho Velocity Magnitude
Chọn Intensity and Hydraulic Diameter từ danh sách Specification
Method trong hộp thoại Turbulence.
Nhập 1% và 0.003 cho Turbulent Intensity và Hydraulic Diameter, theo thứ tự
Bấm thẻ Thermal và nhập 278 K cho Temperature.
Bấm OK để đóng hộp thoại Velocity Inlet.
2. Thiết lập điều kiện biên cho hướng dòng chảy ra (outlet)
Vũ Đình Dũng Page 52
Hình 28: Thiết lập các điều kiện cho biên đầu vào inlet
Chọn Gauge Pressure(pascal) : 0
Chọn Intensity and Hydraulic Diameter từ danh sách Specification
Method trong hộp thoại Turbulence.
Nhập 1% và 0.003m cho Turbulent Intensity và Hydraulic Diameter, theo thứ tự
Bấm thẻ Thermal và nhập 299 K cho Temperature
3. Thiết lập mặt trao đổi nhiệt trụ đồng
Boundary Conditions surface-copper-tubeEdit
Trong type chọn loại interface, chọn ok.
Chọn Ok để tạo interface với tên surface-copper-tube. 4. Thiết lập mặt trao đổi nhiệt ống
Boundary Conditions surface-tube -copper Edit
Trong type chọn loại interface, chọn ok.
Vũ Đình Dũng Page 53
Boundary Conditions surface-tube -liquit Edit (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Trong type chọn loại interface, chọn ok.
Chọn Ok để tạo interface với tên surface-tube –liquid. 5. Thiết lập mặt trao đổi nhiệt liquid
Boundary Conditions surface -liquit-tube Edit
Trong type chọn loại interface, chọn ok.
Chọn Ok để tạo interface với tên surface-liquid-tube. 6. Giữ nguyên các wall còn lại.
Bề mặt lưới
Mesh Interfaces Create/Edit…
Hình 29: Thiết lập mặt trao đổi nhiệt
1. Tạo Mesh Interface giữa trụ đồng và ống dẫn
Chọn interface surface-copper-tube trong danh sách Interface Zone 1.
Chọn interface surface-tube-copper trong danh sách Interface Zone 2.
Trong Interface Option chọn mục Coupled Wall.
Bấm Create.
Vũ Đình Dũng Page 54
Chọn interface surface-tube-liquid trong danh sách Interface Zone 1.
Chọn interface surface-liquid-tube trong danh sách Interface Zone 2.
Trong Interface Option chọn mục Coupled Wall.
Bấm Create.
Đóng hộp thoại Creat/Edit Mest Interfaces.
Giải
1. Thiết lập tham số lời giải
Hình 30: Thiết lập tham số giải
Chọn Coupled từ danh sách Scheme.
Chọn Second Order Upwind cho các danh sách Momentum, Turbulent Kinetic Energy, Turbulent Dissipation Rate, và Energy trong hộp thoại
Spatial Discretization.
2. Kích hoạt tính năng vẽ của sai số hội tụ
Monitors→ Residuals→Edit...
Vũ Đình Dũng Page 55
Hình 31: Kích hoạt tính năng vẽ và theo dõi hội tụ
Bấm OK để đóng bảng Residual Monitors. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
3. Kích hoạt tính năng theo dõi nhiệt độ bề mặt. 4. Kích hoạt tính năng theo dõi nhiệt độ trung bình. 5. Khởi tạo lời giải
Solution Initialization
Hình 32 : Khởi tạo lời giải
Trong Intialization Methods chọn Standard Initialization với dữ liệu tính toán ban đầu được lấy theo inlet
Vũ Đình Dũng Page 56
Hình 33: Cập nhật dữ liệu ban đầu
Chọn Initialize để cập nhật dữ liệu 6. Lưu tập tin
File→Write→Case...
7. Bắt đầu tính toán
Vũ Đình Dũng Page 57
Hình 34: Check case, tính toán mô phỏng
Nhập 250 cho Number of Iterations.
Bấm Calculate
3.3.Quá trình thực nghiệm
Hình 35: Dịch truyền Hình 36: Nhiệt kế
3.3.1.Dung dịch thí nghiệm
Dịch truyền là nước với các thông số chuẩn của bộ y tế với nhiệt độ dịch truyền ban đầu 5OC hình 35.
Vũ Đình Dũng Page 58
Hình 37: Túi dựng máu và chất chống đông CPAD-1
3.3.2.Thiết bị
3.3.2.1. Thiết bi sưởi ấm
Thiết bị sưởi ấm máu, dịch truyền: (Kiểm định số: 45/2014/SADT) hình 37
Dùng để gia nhiệt máu, dịch truyền và đảm bảo điều kiện cung cấp nhiệt ổn định cho dịch truyền, nhiệt độ đầu ra của dịch truyền đảm bảo ở mức độ 37oC . Quá trình cấp nhiệt ổn định tức là nhiệt độ tại bề mặt trụ đồng không được làm thay đổi tính chất của máu hoặc dịch truyền.
3.3.2.2. Thiết bị đo
Nhiệt kế điện tử đầu mềm không thấm nước Polygreen KD-133 hình 37 Đồng hồ đo nhiệt độ bằng điện tử: Thermocouple hình 38 :
Vũ Đình Dũng Page 59 Dải nhiệt độ đo: -200oC 1370oC, -328oF 2498oF
Hình 38:Đồng hồ đo nhiệt điện tử
Nhiệt kế:
Nhiệt kế 50oC Nhiệt kế 200oC (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Vũ Đình Dũng Page 60
3.3.3.Bộ thông số thí nghiệm
Hình 40: Dây truyền Hình 41: Thiết bị
Tốc độ chảy của dịch truyền 80 giọt/ phút
Nhiệt độ cài đặt của thiết bịcủa trụ đồng là 420C
3.3.4.Trình tự thí nghiệm
- Thực hiện đo đáp ứng thời gian của thiết bị
Dựa trên các yếu tố có thể ảnh hưởng đến nhiệt độ đầu ra của máy, cũng như các thông số kỹ thuật trong truyền máu (hoặc là dịch truyền) thí nghiệm thực hiện đo, lấy số liệu với các điều kiện dưới đây:
Các thí nhiệm được thực hiện ở nhiệt độ phòng (t=200C). Chọn dịch truyền là nước muối (nồng độ 1-5%).
Nhiệt độ dịch truyền ban đầu là 50C, 100C, 150C
Lưu lượng truyền dịch là : 40 giọt/ phút, 60 giọt/ phút, 80 giọt/phút Chiều dài dây quấn là :5 vòng quấn, 7 vòng quấn
- Thực hiện đo đáp ứng chiều dài vòng quấn khi thiết bị đã ổn định nhiệt
độ.
Thiết lập thiết bị hoạt động ở 37,5 độ C(420C). Đợi cho nhiệt độ thiết bị ổng định. Tiến hành cuộn dây dẫn dịch truyền vàorãnh thiết bị với chiều dài L=200mm, 300mm, 400mm, 500mm, 600mm, 700mm, 800mm, 900mm. Thiết lập tốc độ dịch truyền 80 giọt/phút. Tiến hành đo nhiệt độ ở dịch đầu ra của dịch truyền với các chiều dài khác nhau
Vũ Đình Dũng Page 61
Chương 4 - Kết quả thí nghiệm và thảo luận
4.1.Đáp ứng thời gian
4.1.1.Ảnh hưởng của nhiệt độ đầu vào đến nhiệt độ đầu ra
Để đánh giá ảnh hưởng của nhiệt độ đầu vào đến nhiệt độ đầu ra thí nghiệm đã tiến thành đo nhiệt độ đầu ra với các điều kiện sau:
Nhiệt độ đầu vào thay đổi ở 3 mức : 50C, 100C, 150C Số vòng quấn : 5vòng,
Lưu lượng truyền: 60giọt/ phút
Kết quả của phép đo đầu ra được thể hiện qua đồ thị dưới đây:
Đồ thị 1
Nhận xét:
Qua đồ thị 1 ta nhận thấy :
Nhiệt độ đầu ra ít bị ảnh hưởng của nhiệt độ đầu vào.
Vũ Đình Dũng Page 62 Thời gian đáp ứng ( đạt nhiệt độ yêu cầu ) khi truyền với nhiệt độ
càng cao thì càng giảm nhưng không đáng kể.
Giai đoạn gia nhiệt (của 3 mức nhiệt độ đầu vào) có lúc không tuân đúng theo quy luật về truyền nhiệt có thể là do sai số khi đo và lấy số liệu.
Từ các nhận xét trên ta có thể kết luận được là máy có thể truyền với các mức nhiệt độ trong khoảng 5-150 mà nhiệt độ đầu ra không bị ảnh hưởng nhiều (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
4.1.2.Ảnh hưởng của tốc độ truyền đến nhiệt độ đầu ra
Tương tự như phép đánh giá ảnh hưởng của nhiệt độ đầu vào đến nhiệt độ đầu ra. Để đánh giá ảnh hưởng của tốc độ truyền dịch đến kết quả đầu ra nhóm đã thực hiện các phép đo với điều kiện đầu vào như sau:
Nhiệt độ đầu vào :100C. Số vòng quấn dây : 5 vòng.
Tốc độ truyền dịch là : 40giọt/ phút,60 giọt trên phút, 80 giọt trên phút. Kết quả của các phép đo được thể hiện qua đồ thị
Vũ Đình Dũng Page 63
Nhận xét :
Tốc độ truyền dịch càng tăng thì thời gian đáp ứng nhiệt độ yêu cầu càng tăng theo song mức chênh lệch về thời gian đáp ứng không lớn.
Nhiệt độ ổn định không có sự khác biệt nhiều.
Có thể truyền máu và dịch truyền với các lưu lượng khác nhau mà không ảnh hưởng đến nhiệt độ đầu ra.
4.1.3.Ảnh hưởng của số vòng dây quấn đến nhiệt độ đầu ra
Để đánh giá ảnh hưởng của số vòng dây quấn (chiều dài dây quấn) đến nhiệt độ đầu ra cũng như đo được nhiệt độ đầu ra,thời gian đáp ứng nhóm đã thực hiện đo nhiệt độ đầu ra với các điều kiện như sau:
Nhiệt độ đầu vào :100C.
Tốc độ truyền dịch là : 60 giọt/ phút. Số vòng dây quấn là: 5 vòng, 7 vòng.
Dưới đây là đồ thị thể hiện ảnh hưởng của số vòng dây quấn đến nhiệt độ đầu vào:
Vũ Đình Dũng Page 64 Nhận xét:
Khi ta quấn số vòng dây càng lớn (chiều dài dây quấn trên ống gia nhiệt) thì nhiệt độ máu(dịch truyền) tăng nhanh hơn.
Thời gian đạt nhiệt độ ổn định gần như bằng nhau.
Nhiệt độ ổn định của cả hai trường hợp đều là 380C lớn hơn nhiệt độ cài đặt cho máy là 370C.
4.2.Chiều dài đáp ứng nhiệt độ của thiết bị ( sau khi đạt nhiệt độ ổn định)
4.2.1.Trường hợp nhiệt độ đầu vào 5O
C, tốc độ dịch truyền là 80 giọt/ phút với số vòng cuốn là 3,5,10.
Hình 5 giới thiệu về quá trình tình toán phân bố của trường nhiệt độ trong không gian 3D của dịch truyền khi bắt đầu vào thiết bị ra khỏi thiết bị sưởi ấm với trường hợp 10 vòng quấn và nhiệt độ trục đồng là 42 độ C, tốc độ dịch truyền là 80 giọt/phút nhiệt độ ban đầu của dịch truyền là 5OC
Vũ Đình Dũng Page 65
Hình 43: Phân bố nhiệt độ trong dich truyền khi mô phỏng với 3 vòng cuốn.
Vũ Đình Dũng Page 66
Hình 45: Biểu đồ phân bố nhiệt độ trong dịch truyền khi mô phỏng
Biểu đồ 1: So sánh đáp ứng nhiệt theo chiều dài dây dẫn dịch cuốn trong thiết bị sưởi ấm 250 260 270 280 290 300 310 320 0mm 200mm 300mm 400mm 500mm 600mm 700mm 800mm 900mm Độ K mô phỏng đo thực tế
Vũ Đình Dũng Page 67
4.3.Đánh giá một số chỉ số máu khi sử dụng thiết bị sưởi ấm dịch truyền
Đối với máu: trước khi làm thực nghiệm ta lấy các mẫu tiến hành xét nghiệm về một số yếu tố có thể bị ảnh hưởng bởi nhiệt, sau đó cho chạy qua thiết bị sưởi ấm máu, dịch truyền và lấy các mẫu ở đầu ra mang đi xét nghiệm lại về một số yếu tố có thể bị ảnh hưởng do nhiệt. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Chú ý: cố gắng lấy các mẫu và làm xét nghiệm các yêu tố gần nhau trong cùng thời điểm ví dụ như thời gian, chế độ bảo quản…
Để đánh giá các chỉ số trong thành phần máu, chúng tôi đã tìm hiểu về các chỉ số máu có thể bị thay đổi do ảnh hưởng của nhiệt độ.
Theo GS.TS Phạm Quang Vinh - Trưởng Khoa Huyết học – Truyền máu/ Bệnh
Viện Bạch Mai: trong y học các chỉ số có thể bị thay đổi là các chỉ số sau (bảng 4):
Bảng 4.1 : Thống số máu
STT Thông số Chỉ số Ghi chú
1 Hồng cầu Tổng phân tích tế bào
Điện giải SBHC
2 Tiểu cầu Số lượng
Ngưng tập - ADP - Collgen