Academic literature on the topic 'Modello fluidodinamico computazionale'

La realizzazione di studi sperimentali per la valutazione dei flussi aerei nasali è particolarmente indaginosa, data la difficoltà di ottenere in vivo un’accurata misurazione degli stessi. Inoltre, sebbene la rinomanometria standard e la rinometria acustica rappresentino i metodi più utilizzati nella pratica clinica, esse forniscono solo una misura globale ed approssimativa dei flussi aerei nasali, senza definirne i particolari temporali o spaziali. Allo stesso modo gli studi sulla fluidodinamica computazionale rappresentano solo una simulazione numerica, ben lontana da quelle che sono le variabili anatomiche e fisiologiche delle cavità nasali. Pertanto, ad oggi, non esistono ancora strumenti diagnostici in grado di misurare oggettivamente la geometria delle cavità nasali, le resistenze ed il grado di ostruzione nei diversi sotto-siti nasali, elemento quest’ultimo fondamentale per una corretta programmazione chirurgica. Allo scopo di superare i limiti della diagnostica standard abbiamo elaborato un modello matematico basato sull’equazione di Bernoulli applicata alle cavità nasali di soggetti sani per lo studio dei gradienti pressori di vari sotto-siti nasali, che sono stati misurati grazie ad un particolare manometro digitale. Il nostro studio, unico in letteratura, ha identificato due curve limite che racchiudono un’area rappresentativa entro cui cadono i livelli “normali” di flusso in corrispondenza del vestibolo nasale. Il modello descritto potrebbe essere utile per studiare tutti i sotto-siti nasali sede di ostruzione ai fini di una corretta programmazione chirurgica e di un valido follow-up postoperatorio.

La fibrillazione atriale è associata ad un aumento di cinque volte del rischio di eventi cerebrovascolari, essendo responsabile del 15-18% di tutti gli ictus. Il rimodellamento elettro-anatomico e funzionale dell'atrio sinistro causato dalla fibrillazione atriale favorisce la stasi sanguigna e, di conseguenza, il rischio di ictus. In questo contesto, diversi studi clinici suggeriscono che la stratificazione del rischio tromboembolico potrebbe essere migliorata utilizzando le informazioni sulla fluidodinamica dell'atrio sinistro e sull’auricola sinistra. L'obiettivo di questo lavoro di tesi è stato quello di analizzare i parametri emodinamici ricavati dall’analisi fluidodinamica paziente-specifica, che potrà potenzialmente aiutare a quantificare le implicazioni emodinamiche della fibrillazione atriale su base specifica del paziente verso una stratificazione del rischio di ictus ottimizzata e l'erogazione della terapia.

Il progetto di tesi propone un metodo di sintesi tra le principali tecniche di Machine Learning e la fluidodinamica computazionale. Vengono considerate le applicazioni attuali e lo stato dell'arte dell'apprendimento automatico in un contesto di calcolo parallelo come presupposti per poter analizzare un caso d'uso specifico: l'esecuzione di simulazioni fluidodinamiche nell'ambito di sviluppo di una vettura di Formula 1. I vincoli del regolamento e la gestione dei costi impongono un utilizzo efficiente delle risorse di calcolo disponibili, per questo motivo il progetto sperimenta l'uso di molteplici tecniche di Machine Learning, al fine di creare un nuovo flusso di gestione delle simulazioni. L'obiettivo consiste nell'integrare apprendimento automatico e CFD per apprendere pattern, individuare informazioni utili in fase di esecuzione di nuove simulazioni, migliorare la gestione dei costi e la qualità del modello.

In questo lavoro di tesi viene affrontato il tema della fluidodinamica computazionale mediante un modello in 3D basato su geometria e motilità dello stomaco umano al fine di analizzare il comportamento del contenuto gastrico, le cui differenti proprietà reologiche influenzano non solo il flusso dei fluidi gastrici, ma anche la distribuzione delle particelle di cibo all’interno dello stomaco, organo cavo a forma di J: il fine ultimo è dunque quello di fornire uno sguardo introspettivo, con un punto di vista unico, sull’argomento, chiarendo i meccanismi insiti nel processo della digestione gastrica.

La fibrillazione atriale (FA) è l’aritmia cardiaca sostenuta più frequentemente caratterizzata da un’attività elettrica atriale caotica e irregolare che determina la perdita della funzione meccanica della contrazione atriale e si riscontra nell’1%-2% della popolazione generale. In Europa oltre sei milioni di persone sono colpite da tale aritmia e si prevede che la sua prevalenza aumenterà almeno del doppio nell’arco dei prossimi 50 anni a causa dell’invecchiamento della popolazione. La FA può dar luogo ad importanti conseguenze cliniche quali scompenso cardiaco, infarto e ictus in quanto il rimodellamento morfologico e funzionale dell’atrio sinistro, causato da FA, favorisce la stasi del sangue e di conseguenza il rischio di stroke aumenta. Recentemente, alcuni studi clinici hanno suggerito che la stratificazione del rischio di stroke potrebbe essere migliorata utilizzando le informazioni emodinamiche sull’atrio sinistro e sull’auricola sinistra. La fluidodinamica computazionale (CFD) rappresenta un valido strumento non invasivo per fare un’analisi quantitativa e qualitativa di alcuni parametri fisici come la velocità, la portata del flusso sanguigno, la vorticità e l’energia cinetica. Non essendo ancora disponibili tecnologie atte alla reale descrizione della contrattilità atriale in FA, l’idea alla base di questo lavoro di tesi è stata quella di progettare e implementare diversi modelli (modello random, modello di spostamento discreto e modello sinusoidale continuo) in grado di simulare il movimento della camera atriale sinistra in FA in grado di riprodurne le caratteristiche tipiche. Dai risultati ottenuti emerge che applicare un modello di spostamento piuttosto che un altro influisce sulla fluidodinamica e quindi questo particolare aspetto deve essere maggiormente considerato negli studi futuri e ulteriori ricerche saranno necessarie per capire quale modello è più rappresentativo della realtà indagata.

Il presente studio è stato realizzato per operare un confronto, in ambito CFD, tra diversi modelli di turbolenza applicati a una geometria ridotta di torcia al plasma industriale di tipo ICP-RF, basato sul modello PL-35 di Tekna Inc. Lo studio è stato svolto all’interno del software FLUENT utilizzando delle UDF per caratterizzare le proprietà termofisiche del plasma. Il primo metodo utilizzato è un k-epsilon modificato secondo Bolot, dal quale, dopo aver validato i campi delle grandezze caratteristiche e l’attendibilità dei risultati sulla base di studi precedenti, si è ottenuto un campo simmetrico e ben delineato di turbolenza stazionaria. Il confronto con un k-epsilon standard ha chiarito il fondamentale apporto del termine sorgente aggiuntivo di Bolot per modellare correttamente la turbolenza e fornire il giusto campo di temperatura. Si sono poi utilizzati due metodi LES, WALE e Dinamico, e confrontati i risultati. La fiamma di plasma è risultata più verosimilmente realistica ma i campi di temperatura sono risultati troppo elevati nella regione a più alta temperatura, ovvero in ingresso in camera di reazione. I LES fino all’entrata in camera di reazione risultano concordi col modello k-epsilon ma successivamente la modellazione del fenomeno turbolento porta ad una elevata dissipazione di energia cinetica turbolenta che porta a valori del campo di temperatura troppo elevati. L’utilizzo invece del k-omega e del RSM, che hanno fornito campi completamente irrealistici, ha dimostrato l’inutilità di utilizzare tali metodi per sistemi simili data l’inadeguatezza dei suddetti modelli per tali sistemi. Il confronto dei modelli LES col k-epsilon rende necessario la modifica di tali modelli in un futuro per poter integrare gli effetti correttivi del termine sorgente di Bolot nel termine Cs di questi, in modo da poter unire la correttezza del modello k-epsilon con la risoluzione e il realismo tipico di questi modelli.