Przeglądaj {{ collection }} wg Autor "Papierski, Adam"

Teraz wyświetlane 1 - 10 z 10

Modelling of blood flows
(Wydawnictwo Politechniki Łódzkiej, 2013) Jóźwik, Krzysztof; Cichoń, Romuald; Papierski, Adam
Inżynieria biomedyczna rozwija się niezwykle szybko i są po temu co najmniej dwa podstawowe powody. Nowoczesne techniki medyczne potrzebują coraz większego nasycenia techniką, a właściwie nie mogłyby istnieć bez udziału myśli inżynierskiej. Po drugie, obszar organizmu człowieka, jego funkcjonowanie, zrozumienie istoty życia najmniejszych jego cząstek jest w dalszym ciągu nie do końca rozpoznane, a więc badana naukowe pozwalają lepiej rozumieć i w konsekwencji - lepiej dbać o zdrowie i życie ludzi. Płynąca krew w organizmie człowieka zapewnia mu możliwość życia. Potrójna funkcja, jaką pełni krew - transportowa, obronna i homeostatu - zapewnia poszczególnym komórkom i tkankom warunki prawidłowego odżywiania, oczyszczania, a także stałej temperatury. Krew posiada również zdolność samouszczelniania naczyń, w których płynie, transportu informacji, a nawet zwalczania obcych dla ciała ludzkiego żywych organizmów lub ciał. Z punktu widzenia płynącego medium, krew stanowi niezwykle skomplikowaną ciecz, której właściwości są trudne do opisania. Parametry charakterystyczne dla każdego płynącego czynnika, w przypadku krwi mogą się zmieniać i zmieniają się pod wpływem bardzo wielu czynników. Zmiany najbardziej dotyczą współczynnika lepkości krwi, którego wartość jest związana nie tylko z czynnikami typu płeć, wiek, dieta, stany psychiczne, ale także z chwilowymi wartościami prędkości i ciśnienia oraz stanem natlenowania (inną wartością współczynnika lepkości charakteryzuje się krew płynąca z tą samą prędkością i przy tym samym ciśnieniu, która płynie do płuc wymienić dwutlenek węgla na tlen i inną ta sama krew płynąca do organizmu). Zmienność wartości lepkości jest problemem bardzo skomplikowanym, ale do tego dochodzi jeszcze brak możliwości wykonania badań krwi. Krew pobrana z organizmu zmienia swoje właściwości, a substancje podawane w celu przeciwdziałania wykrzepianiu zmieniają wartości jej parametrów przepływowych. Doniesienia naukowe publikowane w czasopismach związanych z inżynierią biomedyczną wskazują na ogromne zainteresowanie świata nauki problemem opisu przepływu krwi. Zasygnalizowana złożoność zjawisk i samej cieczy skutkuje mnogością podejść i wykorzystywanych modeli, a co za tym idzie, brakiem jednoznaczności zakresu ich stosowania. Stąd wyniki symulacji numerycznych i modelowania matematycznego powinny być w możliwie szerokim zakresie weryfikowane. I tu pojawia się kolejny problem braku możliwości realizacji eksperymentu z płynącą krwią. Należy przewidzieć możliwość realizacji badań eksperymentalnych w sposób nieinwazyjny lub wykorzystywać do badań ciecze modelujące właściwości krwi. W prezentowanej pracy zawarto podstawowe informacje związane z układem krążenia człowieka, jego funkcjami i funkcjonowaniem, a także omówiono krew i jej właściwości. Jak wspomniano wcześniej, istotne dla przepływów właściwości krwi są trudne do modelowania. W rozdziale 4 dokonano przeglądu różnych modeli lepkości krwi, a także przedstawiono model opracowany w Instytucie Maszyn Przepływowych i używany do badań numerycznych od kilku lat. Omówiono podstawowe równania rządzące przepływem płynu, które stanowią matematyczny opis zjawisk fizycznych. Równania te uzupełniono modelem turbulencji SST, sprawdzonym i dobrze odwzorowującym ruch krwi w naczyniach krwionośnych oraz komorach wspomagania pracy serca. Proces modelowania, zgodnie z teorią, można przedstawić w postaci trzech etapów: modelu fizycznego, modelu matematycznego oraz rozwiązania modelu matematycznego z użyciem modelu numerycznego. Jednakże w praktyce nie wydziela się tych trzech etapów i wielokrotnie zacierają się granice pomiędzy nimi, szczególnie przy wykorzystaniu komercyjnych programów. Stąd omówiona została praktyczna realizacja modelowania poszczególnych przypadków rozważanych w monografii. Pokazane zostały wybrane przykłady modelowania przepływów krwi w obszarze aorty, pneumatycznych komór wspomagania serca, tętnic kręgowych, koła tętniczego mózgu oraz połączeń tętniczo-żylnych wykonywanych na potrzeby hemodializy. Przedstawione w monografii przykłady modelowania przepływu krwi absolutnie nie wyczerpują tematyki. Co więcej, omawiane metody nie są jedynymi, które były i są obecnie stosowane w obliczeniach przepływu krwi. Jednakże, biorąc pod uwagę wartość uzyskiwanych rezultatów i zgodność jakościową, a nawet ilościową ze zjawiskami zachodzącymi podczas rzeczywistych przepływów, są one najbardziej przydatnymi. Przepływ krwi w układzie naczyniowym, tętniczym, a szczególnie żylnym, jest na tyle skomplikowany, że nie można mówić o najlepszej lub jedynej dobrej metodzie. Wybór jest zawsze kompromisem pomiędzy dokładnością odwzorowania zjawiska rzeczywistego, możliwościami sprzętowymi i czasem obliczeń, co jest współbieżne z kosztami. Ostatnie uwarunkowanie wydaje się być niezasadnym, bo czy można wycenić ludzkie zdrowie lub życie. Jednakże takie pytania można byłoby postawić nie tylko w odniesieniu do zagadnień związanych z rozwiązywaniem i dokumentowaniem warunków panujących w przepływie. Przedstawione zastosowania modelowania przepływu krwi nie obejmują całego organizmu, a także wielu zjawisk, które towarzyszą przepływowi krwi. Nie wspomniano o przepływie krwi w naczyniach włosowatych, podczas którego zachodzi wymiana składników niezbędnych do życia komórek. Jest więc dodatkowe zjawisko dyfuzji, którego modelowanie stanowi dodatkową trudność w i tak skomplikowanym zagadnieniu. Nie ma też słowa na temat przepływu krwi w obszarze płuc. Krew o niskiej zawartości tlenu, wpływając w obszar pęcherzyków płucnych, oddaje zgromadzony wcześniej dwutlenek węgla i pobiera tlen, rozprowadzając go następnie po całym organizmie. Podczas tej wymiany można mówić aż o kilku następujących po sobie zjawiskach dyfuzji ze względu na ośrodek, w którym zachodzi. W wyniku rożnicy powinowactwa tlenu i dwutlenku węgla do hemoglobiny oraz różnicy ciśnień cząstkowych tych gazów w krwi i powietrzu znajdującym się w płucach, dyfuzja zachodzi wewnątrz czerwonej komórki krwi, w części płynnej krwi, w ścianie naczynia krwionośnego i pęcherzyka płucnego, aż wreszcie w powietrzu wypełniającym pęcherzyki. Złożoność tych zjawisk jest na tyle duża, że ich opis w chwili obecnej sprowadza się do bardzo uproszczonych modeli. Nie ma też wspomnianych wielu innych obszarów, w których zachodzi przepływ krwi - tętniaków naczyń mózgu, aorty, szczególnie w części brzusznej, a także w naczyniach wieńcowych oraz wirowych pompach krwi. W mniejszym lub większym stopniu w ośrodkach naukowych wielu krajów podejmowane są prace w tym zakresie, a liczba publikacji dotyczących tych zagadnień stale rośnie. Modelowanie przepływu krwi jest i będzie narzędziem niezwykle przydatnym i bezpiecznym. Rozwój metod numerycznej mechaniki płynów, ale przed wszystkim mocy i wydajności obliczeniowych sprzętu komputerowego będą czynnikami sprzyjającymi nowym obszarom zastosowań modelowania, a przede wszystkim wyników tegoż modelowania. Przykładem jest uzyskana zgoda Komisji Bioetyki na kliniczne zastosowanie nowej polskiej pneumatycznej komory wspomagania pracy serca, która w części przepływowej została opracowana przy współpracy Instytutu Maszyn Przepływowych Politechniki Łódzkiej i Fundacji Rozwoju Kardiochirurgii w Zabrzu. Informacja o zgodzie ukazała się w chwili ostatecznego redagowania niniejszej monografii. Przedstawione przykłady modelowania przepływów dotyczą przede wszystkim prac zrealizowanych w Zakładzie Aparatury Medycznej Instytutu Maszyn Przepływowych Politechniki Łódzkiej, którym kieruje od chwili jego powstania autor niniejszej monografii, ale mają swoje odniesienie do prac realizowanych w innych czołowych dla rozważanego obszaru ośrodkach na świecie. Jest to przedstawienie wyników prac już wykonanych i tylko części tych, które są obecnie realizowane, a które dotyczą pediatrycznych komór wspomagania serca wraz z zastawkami, pomp wirowych, modelowania przepływu w kole tętniczym oraz modelowanie procesu dojrzewania przetok. Nie można w tym miejscu pominąć istotnego wkładu projektów badawczych, dzięki realizacji których uzyskano wyniki, które są częścią przedstawionego w monografii materiału. Były to projekty finansowane przez ówczesny Komitet Badań Naukowych, następnie Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego, a obecnie Narodowe Centrum Badań i Rozwoju i Narodowe Centrum Nauki.
Multilevel Optimization of the Semi-Open Impeller in a Centrifugal Pump
(Wydawnictwo Politechniki Łódzkiej ; Katedra Dynamiki Maszyn - Wydział Mechaniczny Politechniki Łódzkiej, 2011) Papierski, Adam; Błaszczyk, Andrzej
Full optimization task for the case of the semi-open impeller with straight blades, requires description of its' geometry by means of, at least, eighteen design variables. In the case of constant meridional cross-section, are required at least eight design variables. Solution of the task with such great vector of design variables requires much more time. One way to manage to obtain a solutions with great variety of design variables is comprehensive approach to the task depending on the partition into minor subtasks. After decomposing the optimization task, one should choose procedure of solving it. One of these procedures is parametric optimization, which is two-stage method of minimizing (maximizing). This optimization is carried on in two levels. On a lower level, multi-optimization of decomposed parts of the tasks, depending on design variables, is being held. The solution of the lower level is used in an upper level (coordinating level) to find optimal coordination variables. It has been shown that result of multilevel optimization and full task optimization is the same in limits of accepted accuracy of the objective functions' calculus. Time of the calculation for the multilevel optimization task is over four times shorter than undecomposed task time.
Multiobjective optimization of the semi-open impeller in a centrifugal pump by a multilevel method.
(Polskie Towarzystwo Mechaniki Teoretycznej i Stosowanej, 2011) Papierski, Adam; Błaszczyk, Andrzej
The complete optimization task for the case of the semi-open impeller with straight blades requires description of its geometry by means of, at least, eighteen design variables. In the case of constant meridional cross-section, required are at least eight design variables. Solution of the task with such a great vector of design variables requires much more time. One of the ways to obtain solutions with great variety of design variables is a comprehensive approach to the task including on the partition into minor subtasks. After decomposing the optimization task, one should choose a procedure for solving it. One of such procedures is parametric optimization, which is a two-stage minimization (maximization) method. This optimization is carried out in two levels. On the lower level, the multi-optimization of the decomposed parts of the tasks, depending on design variables, is being held. The solution of the lower level is used in the upper level (coordinating level) to find optimal coordination variables. It has been shown that the result of multi-level optimization and the whole task optimization is the same in limits of accepted accuracy of calculation of the objective functions. Time of the calculation for the multilevel optimization task is over four times shorter than the time of the undecomposed task.
New Design Method for the Formed Suction Intake in Axial-Flow Pumps with a Vertical Axis.
(Lodz University of Technology. Faculty of Mechanical Engineering. Department Division of Dynamics., 2016) Błaszczyk, Andrzej; Papierski, Adam; Susik, Mariusz
A concept of the formed suction intake design obtained with an algorithm for vertical axial-flow pumps is presented. The design methodology is a part of works conducted within project no. N N513 460240 supported by the Polish National Science Center. The proposed procedure is used to optimize intakes. The results of steady flow numerical computations in the suction intake as well as applications of the design optimization in the aspect of fulfilling two objective functions are discussed. The objective functions given by the authors concern the optimal in flow of the fluid into the impeller.
Optymalizacja wirnika pompy – wpływ niektórych parametrów geometrycznych opisujących kształt łopatki.
(Wydawnictwo Politechniki Łódzkiej. Instytut Maszyn Przepływowych, 2013) Kantyka, Krzysztof; Papierski, Adam
W artykule zamieszczono wyniki przeprowadzonego procesu optymalizacji kształtu łopatki wirnika stopnia pierwszego pompy wielostopniowej. Wykorzystano do tego celu jedna z metod optymalizacji konstrukcji z ograniczeniami. Funkcjami celu w tym przypadku są: największą z możliwych sprawności oraz najmniejsza z możliwych nadwyżek antykawitacyjnych (NPSH).
Parametryzacja geometrii promieniowego wirnika odśrodkowej pompy wielostopniowej.
(Wydawnictwo Politechniki Łódzkiej. Instytut Maszyn Przepływowych, 2013) Kantyka, Krzysztof; Papierski, Adam
W artykule opisano parametryczny zapis geometrii promieniowego wirnika zamknietego pompy osrodkowej. Potrzeba parametryzacji rozumianej jako zapis konstrukcji (topologii, kształtu) poprzez zestaw liczb sterujacych wymiarami wynika z procesu projektowania wykorzystujacego optymalizacje. Zaprezentowano jeden ze sposobów parametryzacji geometrii wirnika odsrodkowej pompy wielostopniowej. Wykorzystano jezyk skryptowy „Name Input Format” zaimplementowany w programie „BladeModeler” wchodzacy w skład pakietu ANSYS-CFX.
Radial fan controlled with impeller movable blades - CFD investigations
(Wydawnictwo IMP PAN, 2016) Jóźwik, Krzysztof; Papierski, Adam; Sobczak, Krzysztof; Obidowski, Damian; Kryłłowicz, Władysław; Marciniak, Emil; Wróbel, Grzegorz; Marciniak, Adrian; Wróblewski, Piotr; Kobierska, Agnieszka; Frącczak, Łukasz; Podsędkowski, Leszek
Modern classical power generation systems, based on power plants in Poland, where coal (hard bituminous coal or lignite) is the primary energy source, operate under variable loading conditions. Thus, all machines working in the technological system of the power generation unit are required to be adapted to variable loading, and, consequently, to operate beyond the design point of their performance characteristics. High efficiency of the process requires the efficiency of individual devices to be high, beyond the design point, as well. For both air and exhaust gases fans, an effective control system is needed to attain a high level of efficiency. As a result of cooperation between two institutes from the Faculty of Mechanical Engineering, Lodz University of Technology, and the Vibroson company, a new design of the radial fan with impeller movable blades, which allows for controlling the device operation within a wide range, has been developed. This new design and determination the performance characteristics for two geometrical variants of blades with computational fluid dynamics methods are presented. The obtained results have been compared to the results of the measurements of fan performance curves conducted on the test stand.
Rozwój zrównoważony : uwarunkowania organizacyjne i techniczne
(Wydawnictwo Media Press, 2008) Grądzki, Ryszard; Błaszczyk, Andrzej; Lachiewicz, Stefan; Kryłłowicz, Władysław; Chodkiewicz, Ryszard; Sobczak, Krzysztof; Papierski, Adam; Karczewski, Maciej
The Vibroacoustic Analysis of The Hydrocarbon Processing Plant Piping System Operating at Elevated Temperature.
(Lodz University of Technology. Faculty of Mechanical Engineering. Department Division of Dynamics., 2016) Błaszczyk, Andrzej; Papierski, Adam; Rydlewicz, Maciej; Susik, Mariusz
In this paper it is presented the vibroacoustic analysis of the selected section of the hydrocarbon processing chemical plant piping system operating at elevated temperature and subjected to dynamic load exciting vibration of the structure. The pump suction and discharge piping system is a part of chemical plant for processing hydrocarbon mixture at 270° C. Elevated temperature is one of static loads that influences the boundary conditions of the piping structure thus generating pump nozzle loadings leading to possible pump body deflection. Deflected shape of the pump body results in generation of flow fluctuation, visible and measurable as a pressure pulsation. This kind of fluctutation has been assumed further to be one of the dynamic loading on piping system structure. The dynamic analysis was performed to quantify the loading effect of pressure pulsation excited in the pump discharge nozzles on the structure of pipelines and the connected pump nozzles. The simulation was based on the numerical analysis of the excitation by acoustic waves propagation in subjected piping system. Measured on–site pressure pulsation at pumps nozzles has been identified and assumed to be the source of the acoustic waves. In the simulation elastic features of the piping structure as well as the fluid, and pressure loses in pipes, taken into account. Final result of the acoustic part of the simulation was spectral characteristics of the acoustic shock forces, defined further as harmonic loads for the dynamic structural analysis. To observe an influence of the acoustic excitation on the piping there was performed structural analysis of the piping system and the combined results of static and dynamic loading influence determined. This part of the analysis has been perfomed by means of FEM computer software Bentley AutoPIPE as well as some use of ANSYS FEM program. Important step in this simulation there was the theoretical modal analysis. This analysis allows to predict possible vibroacoustic resonance in the structural system under specific conditions of the coincidence between acoustic excitation and modals. The results of the combined static and dynamic loadings analysis contain the information on the node displacements, internal forces, resulting stresses in the pipe walls and loads on the pump nozzles and piping supports.
Wybór zmiennych decyzyjnych w procesie optymalizacji półotwartego wirnika pompy wirowej do wspomagania układu krążenia.
(Wydawnictwo Politechniki Łódzkiej. Instytut Maszyn Przepływowych, 2013) Papierski, Adam; Błaszczyk, Andrzej; Woźniak, Dariusz
W pracy przedstawiono wybór zmiennych decyzyjnych w procesie optymalizacji półotwartego wirnika pompy wirowej do wspomagania układu krążenia. Podano przegląd stosowanych w obliczeniach funkcji celu, parametryzację geometrii wirnika oraz analizę wrażliwości zmiennych decyzyjnych.