Esnek havayollarında plak ilerlemesinin akışkan-yapı etkileşimi ile modellemesi

Akciğer, iç yüzeyi sıvıyla kaplı, deforme olabilen, değişken boyutlardaki kanalların birbirine bağlanmasıyla oluşan en büyük organdır. Bu tüplerin kesit alanı her jenerasyonda azalıp, bronşların alveollara bağlandığı yerlerde mikroskobik düzeylere inmektedir. Yüksek jenerasyonlardaki tüplerin yüzeyindeki sıvı katman Plateau-Rayleigh kararsızlığı etkisiyle sıvı bir tıkaç oluşturarak solunumu geçici olarak durdurabilmektedir. Bu olaya havayolu kapanması denmekte olup, sıvı katman kalınlığı belirli bir değeri geçtiği zaman gerçekleşmektedir. Sağlıklı insanlarda bu sıvı katmanın kalınlığı, havayolu kalınlığının %2'si ile %4'ü arasındadır. Ancak bu oran bazı patolojik durumların etkisiyle %20'ye kadar çıkabilmektedir. Havayolunu yeniden açmak için, daha önce oluşmuş olan sıvı tıkaç solunum esnasında şiddetle parçalanır. Hem havayolu kapanması hem de yeniden açılması havayolu duvarındaki epitel dokuya zarar verebilecek mertebede mekanik gerilmeler yaratır. Sıvı plak oluşumu ve parçalanması daha önce deneysel ve hesaplamalı olarak çalışıldı. Ancak daha önceki hesaplamalı modellerde çoğunlukla havayolu rijit olarak kabul edildi. Özellikle havayolu kapanmasının olduğu esnek ve küçük boyutlu havayollarında esnek hava yolu duvarı kapanma ve yeniden açılma sırasında tamamıyla çökebilir. Stetoskop ile işitilen ve doktorlar tarafından tanı koymada kullanılan çatırtı seslerinin sıvı tıkaç parçalanması esnasında olıuştuğu ve akışkan-katı etkileşiminden ciddi ölçüde etkilendiği düşünülmektedir. Bu durumda hava yolu elastisitesini ve akışkan-katı etkileşimini dikkate almak oldukça önemlidir. Bu tez kapsamında bir keskin arayüz daldırılmış sınır yöntemi geliştirilmiş olup, bu yöntem sıvı tıkaç oluşumunun ve parçalanmasının esnek havayollarındaki etkisini incelemek maksadıyla bir arayüz inceleme yöntemiyle birleştirilmiştir. Daldırılmış sınır yöntemi öncelikle silindirik bir borudaki küresel bir cisim üzerindeki tek fazlı akış için denendi. Sonuçlar Ansys Fluent simülasyonlarıyla tutarlılık gösterdi. Ayrıca sonuçların akış denklemlerini çözmek için kullanılan sabit hacim yönteminin ikinci mertebeden uzaysal doğruluğunu koruduğu gösterildi. Daha sonrasında insan akciğerinin 9. jenerasyonu için sıvı tıkaç oluşumu ve parçalanması detaylı olarak simüle edildi. Havayolu duvarı sonsuz uzunlukta, ince kalınlıkta ve geçirimsiz olarak kabul edildi. Havayolu duvarı doğrusal elastik teoriye uyumlu olarak modellendi. Sonuçlar sıvı tıkaçın ilerlemesi, tıkaçın parçalanması esnasında ve sonrasında şiddetli akışkan-yapı etkileşimi olduğunu gösterdi. Bu tez kapsamında sunulan çalışma ileride üç boyutlu durumun ve havayolu kapanıp yeniden açılması sırasında gelişen akustik sinyallerin incelenmesinin temelini oluşturmaktadır. Anahtar kelimeler: