نوع مقاله: مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی مکانیک، بخش حرارت و سیالات، دانشکده‌ی مهندسی مکانیک، دانشگاه شیراز، شیراز، ایران

2 دانشیار، بخش حرارت و سیالات، دانشکده‌ی مهندسی مکانیک، دانشگاه شیراز، شیراز، ایران

3 استاد، بخش حرارت و سیالات، دانشکده‌ی مهندسی مکانیک، دانشگاه شیراز، شیراز، ایران

4 دانشیار، بخش گوش و حلق و بینی، دانشکده‌ی جراحی سر و گردن، دانشگاه علوم پزشکی شیراز، شیراز، ایران

چکیده

توربینیت‌ها در گرم و مرطوب کردن هوای عبوری از بینی نقش مهمی داشته و جریان عبوری از مجرای بینی را تحت تاثیر قرار می‌دهند. هدف این پژوهش، مدل­سازی تاثیرات برداشتن توربینیت تحتانی بر میدان جریان، انتقال حرارت و رطوبت از مخاط حفره­ی بینی به هوا و مقایسه‌ی آن­ها در قبل و بعد از جراحی می‌باشد. عمل توربینکتومی به صورت مجازی روی مدل محاسباتی و تحت نظر متخصص صورت گرفته است. در این پژوهش جریان به صورت آرام و غیردائمی و دیواره­ی مجرای بینی به صورت صلب و با شرط عدم لغزش در نظر گرفته شده و هم­چنین مخاط روی سطح دیواره­ی مجرای بینی با ضخامت ثابت مدل­سازی شده است. دما و رطوبت روی سطح مخاط با استفاده از محاسبات به دست می­آید. نتایج نشان می­دهد که برداشتن توربینیت تحتانی به میزان قابل توجهی روی عمل‌کرد گرم و مرطوب کردن هوای ورودی به بینی تاثیر می­گذارد. میانگین مقدار هر دو شار حرارت و رطوبت برای حالت بعد از جراحی کم‌تر است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Numerical Simulation of Flow Field, Heat and Moisture Transfer in the Human Nasal Cavity Pre and Post Virtual Turbinectomy

نویسندگان [English]

  • Parisa Rahmani 1
  • Hossein Shamohammadi 1
  • Omid Abouali 2
  • Homayoon Emdad 3
  • Mohammad Faramarzi 4

1 M.Sc. Student, Thermofluid Department, Mechanical Engineering Faculty, Shiraz University, Shiraz, Iran

2 Associate Professor, Thermofluid Department, Mechanical Engineering Faculty, Shiraz University, Shiraz, Iran

3 Professor, Thermofluid Department, Mechanical Engineering Faculty, Shiraz University, Shiraz, Iran

4 Associate Professor, Department of Otolaryngology, Head and Neck Surgery Faculty, Shiraz University of Medical Sciences, Shiraz, Iran

چکیده [English]

Turbinates play an important role in conditioning of inhaled air and affect the airflow passing the nasal cavity. The purpose of this study is to investigate the effect of removing inferior turbinate on flow field, heat and moisture transfer from mucosa into the inhaled-air in a human nasal cavity and comparison of them before and after the surgery. Turbinectomy was performed virtually on the computational model under the specialist’s supervision. In this study the airflow assumed to be laminar and unsteady. The nasal wall assumed to be rigid and no slip boundary condition was set. Moreover, the mucous layer assumed to be within fixed thickness in all over nasal cavity surface. The temperature and humidity distribution over the surface of mucusa are found by numerical computation. The results depict that conditioning of the nasal airway deteriorates by removing the inferior turbinate. For a specific air flow rate, both the heat and moisture flux averages decrease after surgery.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Turbinectomy
  • Inferior Turbinate
  • Computational Fluid Dynamics (CFD)
  • virtual surgery
  • Nasal Cavity
  • heat/moisture transfer

[1]   P. F. Ghalati, E. Keshavarzian, O. Abouali, A. Faramarzi, J. Tu, and A. Shakibafard, “Numerical analysis of micro-and nano-particle deposition in a realistic human upper airway,” Comput. Biol. Med., vol. 42, no. 1, pp. 39–49, 2012.

[2]   B. Tavakoli, O. Abouali, M. H. Bagheri, M. Yazdi, and G. Ahmadi, “Micro particles transport and deposition in realistic geometry of human upper airways,” Int. J. Eng. A Basics, vol. 25, no. 4, pp. 315–322, 2012.

[3]   A. Dastan, O. Abouali, and G. Ahmadi, “CFD simulation of total and regional fiber deposition in human nasal cavities,” J. Aerosol Sci., vol. 69, pp. 132–149, 2014.

[4]   A. Naseri, O. Abouali, P. F. Ghalati, and G. Ahmadi, “Numerical investigation of regional particle deposition in the upper airway of a standing male mannequin in calm air surroundings,” Comput. Biol. Med., vol. 52, pp. 73–81, 2014.

[5]   H. Bahmanzadeh, O. Abouali, and G. Ahmadi, “Unsteady particle tracking of micro-particle deposition in the human nasal cavity under cyclic inspiratory flow,” J. Aerosol Sci., vol. 101, pp. 86–103, 2016.

[6]   O. Abouali, E. Keshavarzian, P. Farhadi, and A. Faramarzi, “Respiratory Physiology & Neurobiology Micro and nanoparticle deposition in human nasal passage pre and post virtual maxillary sinus endoscopic surgery,” Respir. Physiol. Neurobiol., vol. 181, no. 3, pp. 335–345, 2012.

[7]   H. Bahmanzadeh, O. Abouali, M. Faramarzi, and G. Ahmadi, “Numerical simulation of airflow and micro-particle deposition in human nasal airway pre-and post-virtual sphenoidotomy surgery,” Comput. Biol. Med., vol. 61, pp. 8–18, 2015.

[8]   K. Inthavong, Z. F. Tian, and J. Y. Tu, “CFD simulations on the heating capability in a human nasal cavity,” in 16th Australasian Fluid Mechanics Conference (AFMC), 2007, pp. 842–847.

[9]   G. J. M. Garcia, N. Bailie, D. A. Martins, and J. S. Kimbell, “Atrophic rhinitis: a CFD study of air conditioning in the nasal cavity,” J. Appl. Physiol., vol. 103, no. 3, pp. 1082–1092, 2007.

[10]J.-H. Lee, Y. Na, S.-K. Kim, and S.-K. Chung, “Unsteady flow characteristics through a human nasal airway,” Respir. Physiol. Neurobiol., vol. 172, no. 3, pp. 136–146, 2010.

[11]C. D. Sullivan, G. J. M. Garcia, D. O. Frank-Ito, J. S. Kimbell, and J. S. Rhee, “Perception of better nasal patency correlates with increased mucosal cooling after surgery for nasal obstruction,” Otolaryngol. Neck Surg., vol. 150, no. 1, pp. 139–147, 2014.

[12]S. Shaghaghian, A. Naseri, O. Abouali, and G. Ahmadi, “Numerical Simulation of the Virtual Maxillary Sinus Surgery Effects on the Heat Transfer in Human Nasal Airway,” no. 57229. p. V002T26A005, 2015.

[13]J. Lindemann, R. Leiacker, G. Rettinger, and T. Keck, “Nasal mucosal temperature during respiration,” Clin. Otolaryngol., vol. 27, no. 3, pp. 135–139, 2002.

[14]K. Wiesmiller, T. Keck, R. Leiacker, and J. Lindemann, “Simultaneous in vivo measurements of intranasal air and mucosal temperature,” Eur. Arch. oto-rhino-laryngology, vol. 264, no. 6, pp. 615–619, 2007.

[15]I. Hahn, P. W. Scherer, and M. M. Mozell, “Velocity profiles measured for airflow through a large-scale model of the human nasal cavity,” J. Appl. Physiol., vol. 75, no. 5, pp. 2273–2287, 1993.