Προσομοίωση ροής με την μέθοδο πεπερασμένων όγκων σε υποδόριες βελόνες νέου σχεδιασμού

Μπέλλου, Ξανθή; Bellou, Xanthi

dc.contributor.author	Μπέλλου, Ξανθή	el
dc.contributor.author	Bellou, Xanthi	en
dc.date.accessioned	2018-02-01T12:57:25Z
dc.date.issued	2018-02-01
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/46376
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.15136
dc.rights	Default License
dc.subject	Υποδόριες βελόνες	el
dc.subject	Μέθοδος πεπερασμένων όγκων	el
dc.title	Προσομοίωση ροής με την μέθοδο πεπερασμένων όγκων σε υποδόριες βελόνες νέου σχεδιασμού	el
dc.title	Flow simulation with the method of finite volumes in subcutaneous needles of novel design	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Κατεργασίες υλικών	el
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/12ca5151411399c77d21d70b67b67a46b688b242
heal.dateAvailable	2019-01-31T22:00:00Z
heal.language	en
heal.access	campus
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2017-11-15
heal.abstract	Προσομοίωση ροής με την μέθοδο πεπερασμένων όγκων σε υποδόριες βελόνες νέου σχεδιασμού. Η εργασία αυτή πραγματοποιήθηκε στα πλαίσια ολοκλήρωσης των σπουδών μου στην σχολή μηχανολόγων μηχανικών του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου. Το θέμα της εργασίας είναι προσομοίωση της ροής με τη μέθοδο πεπερασμένου όγκου σε υποδόριες βελόνες νέου σχεδιασμού. Η έμπνευση της ιδέας προήλθε από πρόβλημα που δημιουργείται σε ασθενείς με χρόνια νοσήματα, όπου η μοναδική θεραπεία, δηλαδή η χορήγηση του φαρμάκου, γίνεται με την χρήση της διαδικασία της ένεσης. Με την διαδικασία της ένεσης οι ασθενείς χρησιμοποιούν καθημερινά βελόνες, κυρίως υποδόριες βελόνες για την αποτελεσματικότητα της θεραπείας τους. Οι υποδόριες βελόνες στοχεύουν να φτάνουν μέχρι τον υποδόριο ιστό μετά από το τρύπημα του δέρματος. Υπάρχουν βελόνες για υποδερμική χρήση καθώς και ενδομυϊκή χρήση, όμως με αυτή την εργασία σκοπεύουμε να μελετήσουμε μόνο τις υποδόριες βελόνες. Ο ασθενής με χρόνια νόσημα και την χορήγηση φαρμάκου με την διαδικασία της ένεσης, όταν επισκέπτεται τον ιατρό του για εξέταση, οι γιατροί έχουν οδηγίες ελέγχου για λιποδυστροφία. Η λιποδυστροφία δημιουργείται από την αυξημένη χορήγηση φαρμάκου στον οργανισμό στο ίδιο σημείο του σώματος. Για παράδειγμα ένας ασθενής που είναι ινσουλινοεξαρτώμενος και χορηγεί στον οργανισμό του 4-6 φορές την ημέρα ινσουλίνη, εάν η ένεση γίνεται στο ίδιο σημείο π.χ. μπράτσο, για ένα χρονικό διάστημα, τότε στο σημείο των ενέσεων δημιουργούνται εσωτερικά σκληρύνσεις. Η σκλήρυνση, λεγόμενη και λιποδυστροφία, μπορούν να εντοπιστούν με απλή ψηλάφηση στο σημείο όπου γίνεται η ένεση. Η λιποδυστροφία εμποδίζει τον ασθενή να συνεχίσει να κάνει ενέσεις στο σημείο εκείνο καθώς η βελόνα βρίσκει μεγαλύτερη αντίσταση στο να εισχωρήσει και η απορρόφηση του φαρμάκου στο σημείο εκείνο γίνεται με μεγάλη καθυστέρηση. Επίσης, μετά από έρευνα, από προσωπικό νοσοκομείων, ασθενών και ιατρών στις υποδόριες βελόνες πάντα συγκρατείται ένα μικρό ποσοστό υγρού εντός της βελόνας, με αποτέλεσμα να μην χορηγείται ολόκληρη η ποσότητα στον οργανισ μό. 4 Με βάση αυτούς τους προβληματισμούς, δημιουργήθηκε η ιδέα νέου σχεδιασμού της υποδόριας βελόνας. Για την αποτελεσματικότητα της θεραπείας, χωρίς να δημιουργούνται τα παραπάνω προβλήματα, η υποδόρια βελόνα σχεδιάστηκε με τέτοιο τρόπο ώστε η παροχή του ρευστού να εξέρχεται από περισσότερες από μια οπές. Σχεδιάστηκε και μελετήθηκε δηλαδή η εφαρμογή οπών στο σκέλος της υποδόριας βελόνας με τις μεθόδους που αναλύονται στην εργασία αυτή. Χρησιμοποιήθηκαν τα προγράμματα, SolidWorks, για τον σχεδιασμό της υποδόριας βελόνας με τις προδιαγραφές που ορίστηκαν και ANSYS, για την μελέτη της προσομοίωσης του ρευστού (μέθοδο πεπερασμένου όγκου) ώστε να πραγματοποιηθεί η μελέτη. Οι υποδόριες βελόνες έχουν συγκεκριμένες προδιαγραφές σχεδιασμού και κατασκευής. Για τον σχεδιασμό της βελόνας επιλέχτηκε συγκεκριμένο μήκος και διάσταση. Οι κύριοι προβληματισμοί δημιουργήθηκαν στην επιλογή της διάστασης των οπών, στην μεταξύ τους απόσταση, στον αριθμό των οπών και στον αν δημιουργείται τυρβώδη ροή εντός του σκέλους της βελόνας και στις εξόδους των οπών. Καθορίστηκαν ορισμένες διαστάσεις για να γίνει η σχεδίαση της υποδόριας βελόνας, καθώς μετά μελετήθηκαν στο πρόγραμμα ANSYS, ώστε να γίνει συλλογή των αποτελεσμάτων. Στο πρόγραμμα του ANSYS χρησιμοποιήθηκε το Fluent όπου έγινε η μελέτη πεπερασμένου όγκου στις βελόνες. Οι προβληματισμοί που δημιουργήθηκαν ήταν στο πλέγμα να έχουμε την ελάχιστη αστοχία και τα στατιστικά στοιχεία να είναι παρόμοια. Έπειτα, τα δεδομένα για το Setup θα πρέπει να είναι ίδια σε όλες τις δοκιμές, επομένως ο αθορισμός τους ήταν σημαντικός από την πρώτη δοκιμή. Ο χρόνος των δοκιμών καθορίστηκε μετά από έρευνα και την βιβλιογραφική μελέτη. Στο πρόγραμμα χρησιμοποιήθηκαν δυο μοντέλα τύρβης, το μοντέλο k –ε (2 εξισώσεων) και το μοντέλο SST (4 εξισώσεων). Με την συλλογή και επεξεργασία των αποτελεσμάτων, μπορούμε να θεωρήσουμε ότι ο νέος σχεδιασμός των υποδόριων βελόνων, ενδέχεται να αλλάξει τα δεδομένα για την χορήγηση φαρμάκου στον ανθρώπινο οργανισμό.	el
heal.abstract	Hypodermic needles are widely used around the world for the cure of long term and short-term diseases. The inspiration of the idea of a novel design for the subcutaneous needle came from the problems that might occur when the needles are used on an everyday basis. One of the problems that challenges patients and doctors is lipodystrophy. A lipodystrophy can be a lump or small dent in the skin that forms when a person performs injections repeatedly in the same spot. These types of lipodystrophies are harmless and can be avoided by changing (rotating) the locations of injections. For those with diabetes, using purified insulins may also help. One of the side-effects of lipodystrophy is the rejection of the injected medication, the slowing down of the absorption of the medication, or trauma that can cause bleeding that, in turn, will reject the medication. In any of these scenarios, the dosage of the medication, such as insulin for diabetics, becomes impossible to gauge correctly and the treatment of the disease for which the medication is administered is impaired, thereby allowing the medical condition to worsen. In some cases, rotation of the injection sites may not be enough to prevent lipodystrophy. It is known, when applying an injection, there is a percentage of fluid that the needle holds in. For a patient, that is a loss of medicine that needs to be taken. The percentage increases or decreases, accordingly to the gauge and the length of the needle. Taking into consideration the above problems, the idea of a novel design occurred. The idea was to design a needle that could distribute the fluid throughout the tube. The goal of this idea is to minimize the percentage of fluid that effuses in the human body, from the tip of the needle, by distributing the fluid from holes on the tube. By applying this design, the percentage of fluid that the needle holds in would be minimized, 6as well as the minimization of fluid effused at a specific area in the human body, from the tip of the needle, might prevent lipodystrophy. The design of the needles was done through, the program SolidWorks. Needles, were designed with specific dimensions (length and gauge). The problems that came up during the design phase, had to do with the dimensions of the holes (diameter, distance from each hole, the position on the tube), as well as the turbulence of fluid. Through the CFD program ANSYS Fluent, the designs were applied to test the flow simulation. The challenge at this phase, was to stabilize the time frame parameters. Through ANSYS two turbulence models were applied. The model of k –ε(2 equations) and the model SST (4 equations). The results that were gathered, gave a clear picture, that this novel design could be applied. However, there is still a challenge that needs to be dealt with, the manufacturing of this needle.	en
heal.advisorName	Μαρκόπουλος, Άγγελος	el
heal.committeeMemberName	Βοσνιάκος, Γεώργιος	el
heal.committeeMemberName	Μανωλάκος, Δημήτριος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Τεχνολογίας των Κατεργασιών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	146 σ.	el
heal.fullTextAvailability	true