Modelling of flow and pressure characteristics in the model of the human upper respiratory tract under varying conditions

Abstract

Cílem této diplomové práce je vytvořit 3D model horních dýchacích cest podle originálního modelu segmentovaného z CT dat, aplikovat různé podmínky na průtok vzduchu v modelu, a poté hodnotit změnu charakteristik rychlosti a tlaku. Model horních dýchacích cest byl vytvořen v prostředí softwaru ANSYS, který využívá výpočetní dynamiku tekutin, a byly použity Navier-Stokesovy rovnice pro modelování průtoku vzduchu v modelu. Nejprve byl vytvořen jednoduchý 2D model za účelem seznámení se s prostředím ANSYS. Dále byl zkonstruován 3D model horních dýchacích cest a byly modelovány charakteristiky rychlosti a tlaku za různých podmínek. Tyto podmínky zahrnují různé umístění a množství míst pro odběr vzorků v modelu a výběr různých kombinací vstupů. Nakonec byly prezentovány a hodnoceny výsledky spolu s ilustracemi modelů modelovaných za různých podmínek. 3D model lze považovat ze kompromis mezi výpočetní náročností a složitostí modelu a lze jej použít jako základ pro další výzkum.The aim of this master’s thesis is to create 3D model of upper respiratory tract (URT) according to the original model segmented from CT data, apply different conditions to the air flow inside the model, and afterwards, evaluate the change of characteristics of velocity and pressure. The model of URT was realized in the interface of Computational Fluid Dynamics software ANSYS and the Navier-Stokes equations were used for modeling the air flow inside the model. Firstly, simple 2D model was created for familiarization with the ANSYS interface. Furthermore, the 3D model of URT was constructed, and velocity and pressure characteristics were modeled under varying conditions. These conditions include different placement and quantity of sampling gaps within the model and choice of different combinations of inlets. Finally, the results are presented and evaluated along with the illustrations of the models modeled under varying conditions. The 3D model of URT means a compromise between computational load and model complexity and can be used as a basis for further research.