نوع مقاله: مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری بیومکانیک، دانشکده مهندسی پزشکی، دانشگاه صنعتی امیرکبیر (پلی‌تکنیک تهران)

2 دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه علم وصنعت ایران

3 استادیار، دانشکده علوم و فنون نوین، دانشگاه تهران

4 دانشیار، دانشکده مهندسی پزشکی، دانشگاه صنعتی امیرکبیر (پلی‌تکنیک تهران)

10.22041/ijbme.2012.13114

چکیده

جریان پریستالتیک یا دودی‌شکل یکی از مهم‌ترین مکانیسم‌های انتقال سیال است. این جریان علاوه بر کاربردهای متنوع در مهندسی،  مکانیسم بسیار مهم انتقال سیال در بسیاری از اندام‌های بیولوژیک به خصوص در دستگاه گوارش و دفع ادرار محسوب می‌شود. در این مقاله، انتقال بولاس ادرار در میزنای با استفاده از دستگاه شبیه‌ساز حرکات دودی‌شکل بررسی شده است. از ویژگی‌های این دستگاه می‌توان به قابلیت بررسی پارامترهای مختلف مؤثر بر جریان‌ دودی‌شکل ادرار، مانند اثر اختلاف فشار ورودی و خروجی میزنای بر دبی تخلیه و میزان جریان بازگشتی از میزنای به کلیه، تأثیر سرعت متوسط انتقال بولاس بر دبی تخلیه و  میزان جریان بازگشتی، اثر وجود فیلم سیال در میزنای بر دبی تخلیه و همچنین تأثیر تغییر طول بولاس بر میزان جریان بازگشتی اشاره کرد. نهایتاً مشاهده شد که افزایش اختلاف فشار ورودی و خروجی موجب کاهش نسبت رفلاکس به حجم اولیه بولاس و افزایش دبی تخلیه شده وکاهش سرعت انتقال ادرار باعث کاهش میزان رفلاکس و دبی خروجی می‌شود. افزایش ضخامت فیلم سیال در مجرا نیز باعث کاهش دبی تخلیه خروجی می‌شود و با افزایش طول بولاس ادرار، بر میزان جریان بازگشتی افزوده می‌شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Experimental essay of peristaltic fluid flow in the biologic tube

نویسندگان [English]

  • Behzad Seyfi 1
  • Hosein Mansourinejad 2
  • Bahman Vahidi 3
  • Nasser Fatouraee 4

1 Ph.D. student, Biological Fluid Mechanics Research Laboratory, Department of Biomedical Engineering, Amirkabir University of Technology (Tehran Polytechnic)

2 M.Sc. student, Departments of Mechanical Engineering, Iran University of Science and Technology

3 Assistant professor, Department of Life Science Engineering, Faculty of New Sciences & Technologies, University of Tehran

4 Associate professor and Head of Biological Fluid Mechanics Research Laboratory, Department of Biomedical Engineering, Amirkabir University of Technology (Tehran Polytechnic)

چکیده [English]

Peristaltic flow is one of the important mechanisms of fluid transmission. In addition to the divers engineering applications, this mechanism plays an important role in biological organs such as digestion system and urine excretion. In this paper, urine bolus transportation in ureter has been investigated experimentally using a peristaltic flow simulator apparatus.  Some of the features of this apparatus worth mentioning are its ability to use it to investigate the influence of some important parameters in peristaltic flow, such as the effect of pressure difference between the kidney and the bladder on the quantity of discharge and reflux rates, effect of the mean velocity of bolus transport on discharge rate, existence of fluid film and its effect on bolus discharge rate, and effect of fluid bolus length on reflux rate. Then we compare the obtained results with the similar theoretical studies. It was observed that an increase in the pressure difference between inlet and outlet decreases the ratio of reflux to initial volume of the bolus, and it increases the discharge rate. Moreover, the quantities of reflux and discharge rate decrease by decreasing the bolus transport velocity. It was also observed that the thickness of the fluid film has an inverse relation with respect to the discharge rate and with increasing the bolus length reflux is increasing.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Peristaltic flow
  • Urine rate
  • Reflux
  • Ureter
  • Simulator apparatus

[1] Fung Y.C., Peristaltic Pumping: A Bioengeenering Model. In Urodynamics of the Ureter and Renal Pelvis (ed. S. Boyarsky, C.W. Gottschalk, E. A. Tanagho & P.D.Zimskind), 1971:178-198.

[2] Li M., Brasseur J.G., Non-steady peristaltic transport in finite-length tubes; Journal of Fluid Mechanics, 1993; 248: 129-129.

[3] Carew E., Pedley T., An active membrane model for peristaltic pumping: Part I--Periodic activation waves in an infinite tube; Journal of biomechanical engineering, 1997; 119: 66-76, 1997.

[4] Fox R.W., McDonald A.T., Pritchard P.J., Introduction to fluid mechanics; vol. 2: John Wiley & Sons New York, 1998.

[5] Eccles M.R., The role of PAX2 in normal and abnormal development of the urinary tract; Pediatric Nephrology, 1998; 12: 712-720.

[6] Saeki H., Morita T., Nishimoto T., Kondo S., Tsuchida S., Changes in the ureteral peristaltic rate and the bolus volume in gradual and rapid urinary flow increase; The Tohoku journal of experimental medicine, 1985; 146: 273.

[7] Karnak I., Büyükpamukçu N., Tanyel F., The effectsof flow rate, length and external pressure upon the pressure required for fluid to flow through a ureter; BJU international, 2001; 88: 335-338.

[8] Lozano J., Peristaltic flow with application to ureteral biomechanics; Phd, Mechanical Engineering, Notre Dame University, USA, 2009.

[9] سیفی ب.، طراحی و ساخت دستگاه شبیه‌ساز حرکات پریستالتیک بدن با تاکید بر حرکت ادرار در میزنای؛ پایان‌نامه کارشناسی، دانشکده مهندسی پزشکی، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، 1389.