The role of computational fluid dynamics in the management of unruptured intracranial aneurysms: a clinicians' view

Objective: The importance of hemodynamics in the etiopathogenesis of intracranial aneurysms (IAs) is widely accepted.Computational fluid dynamics (CFD) is being used increasingly for hemodynamic predictions. However, alogn with thecontinuing development and validation of these tools, it is imperative to collect the opinion of the clinicians. Methods: A workshopon CFD was conducted during the European Society of Minimally Invasive Neurological Therapy (ESMINT) Teaching Course,Lisbon, Portugal. 36 delegates, mostly clinicians, performed supervised CFD analysis for an IA, using the @neuFuse softwaredeveloped within the European project @neurIST. Feedback on the workshop was collected and analyzed. The performancewas assessed on a scale of 1 to 4 and, compared with experts’ performance. Results: Current dilemmas in the management ofunruptured IAs remained the most important motivating factor to attend the workshop and majority of participants showedinterest in participating in a multicentric trial. The participants achieved an average score of 2.52 (range 0–4) which was 63% (range 0–100%) of an expert user. Conclusions: Although participants showed a manifest interest in CFD, there was a clear lack ofawareness concerning the role of hemodynamics in the etiopathogenesis of IAs and the use of CFD in this context. More effortstherefore are required to enhance understanding of the clinicians in the subject.

Using computational fluid dynamics to predict head losses in the auxiliary elements of a microirrigation sand filter

It is often assumed that total head losses in a sand filter are solely due to the filtration media and that there are analytical solutions, such as the Ergun equation, to compute them. However, total head losses are also due to auxiliary elements (inlet and outlet pipes and filter nozzles), which produce undesirable head losses because they increase energy requirements without contributing to the filtration process. In this study, ANSYS Fluent version 6.3, a commercial computational fluid dynamics (CFD) software program, was used to compute head losses in different parts of a sand filter. Six different numerical filter models of varying complexities were used to understand the hydraulic behavior of the several filter elements and their importance in total head losses. The simulation results show that 84.6% of these were caused by the sand bed and 15.4% were due to auxiliary elements (4.4% in the outlet and inlet pipes, and 11.0% in the perforated plate and nozzles). Simulation results with different models show the important role of the nozzles in the hydraulic behavior of the sand filter. The relationship between the passing area through the nozzles and the passing area through the perforated plate is an important design parameter for the reduction of total head losses. A reduced relationship caused by nozzle clogging would disproportionately increase the total head losses in the sand filter

Desenvolupament d’una metodologia de simulació mitjançant programari CFD per a la optimització d’agitadors

La dinàmica de fluids computacional (CFD) és una eina que serveix per analitzar mitjançantcomputadors diferents problemes que involucren fluxos de fluids. Els programes de CFD usen expressions matemàtiques no lineals que defineixen les equacions fonamentals de fluxos i transport de calor en fluids. Aquestes es resolen amb complexos algoritmes iteratius. Actualment aquesta eina és una part fonamental en els procés de disseny en moltes empreses relacionades amb la dinàmica de fluids. Les simulacions que es realitzen ambaquests programes s’ha demostrat que són fiables i que estalvien temps i diners, ja que eviten haver de realitzar els costosos processos d’assaig-error. En el projecte s’utilitza el programa de CFD Ansys CFX 11.0 per simular una agitació bifàsica composta per aigua i aire a temperatura ambient. Els objectius són determinar els paràmetres òptims de simulació que permetin recrear aquesta agitació, per posteriorment dissenyar un nou impulsor

Estudi i simulació aerodinàmica amb programari de dinàmica de fluids computacional (CFD) en un model bàsic de vehicle de competició de la categoria CM (curses de muntanya)

Aquest projecte té com a objectiu la simulació numérica de la carrosseria d’ un vehicle de curses de muntanya de categoria CM

Wall motion estimation in intracranial aneurysms

The quantification of wall motion in cerebral aneurysms is becoming important owing to its potential connection to rupture, and as a way to incorporate the effects of vascular compliance in computational fluid dynamics (CFD) simulations.Most of papers report values obtained with experimental phantoms, simulated images, or animal models, but the information for real patients is limited. In this paper, we have combined non-rigid registration (IR) with signal processing techniques to measure pulsation in real patients from high frame rate digital subtraction angiography (DSA). We have obtained physiological meaningful waveforms with amplitudes in therange 0mm-0.3mm for a population of 18 patients including ruptured and unruptured aneurysms. Statistically significant differences in pulsation were found according to the rupture status, in agreement with differences in biomechanical properties reported in the literature.

Simulació mitjançant tècniques CFD d'una culata per al motor del vehicle de baix consum "Àliga-EPS-UdG"

El projecte pretén estudiar i quantificar les restriccions creades al fluid en circular pelsconductes d’admissió i escapament de la culata del motor del vehicle Àliga. L’estudi consta de quatre etapes: estudi de les restriccions actuals dels sistemes d’admissió i escapament; anàlisi dels resultats de la culata de sèrie i proposta de millores aplicables al model real; càlcul de les restriccions creades pels models millorats, i finalment, estudi comparatiu dels resultats obtinguts, interpretant els resultats dels principals paràmetres a analitzar

Estudi d’un assecador industrial: simulació i optimització de l’assecatge de xoriç mitjançant programari informàtic CFD

Una empresa familiar d’embotits ecològics especialitzada en l’elaboració de xoriç, volampliar la seva producció. Té com apart clau el procés d’estufatge i l’assecament. Aquests processos, que tenen lloc alsassecadors, consisteixen en fer re-circular aire a unes temperatures determinades durant unscerts temps, refredant aquest aire quan surt de la sala per extreure’n part del vapor d’aiguaque conté, i tornant-lo a escalfar per poder absorbir més aigua en tornar entrar a la sala.L’abast d’aquest projecte consisteix en la descripció del funcionament dels assecadors,i la realització de simulacions de flux d’aire i temperatura per tal de poder optimitzar unassecador concret. Dins aquest assecador es faran modificacions com pot ser l’alçada lliure quequeda entre la filera més elevada de xoriç i el sostre o el radi inferior que tenen aquestsaparells per tal d’obtenir una geometria òptima d’una sala d’assecatge. L’estudi que es duu a terme consta del comportament del flux d’aire i del flux detemperatura per tal de poder observar els punts crítics i poder determinar els paràmetres queinflueixen en el seu bon funcionament

Developing discontinuous Galerkin methods for the resolution of the incompressible Navier-Stokes equations

Informe de investigación elaborado a partir de una estancia en el Laboratorio de Diseño Computacional en Aeroespacial en el Massachusetts Institute of Technology (MIT), Estados Unidos, entre noviembre de 2006 y agosto de 2007. La aerodinámica es una rama de la dinámica de fluidos referida al estudio de los movimientos de los líquidos o gases, cuya meta principal es predecir las fuerzas aerodinámicas en un avión o cualquier tipo de vehículo, incluyendo los automóviles. Las ecuaciones de Navier-Stokes representan un estado dinámico del equilibrio de las fuerzas que actúan en cualquier región dada del fluido. Son uno de los sistemas de ecuaciones más útiles porque describen la física de una gran cantidad de fenómenos como corrientes del océano, flujos alrededor de una superficie de sustentación, etc. En el contexto de una tesis doctoral, se está estudiando un flujo viscoso e incompresible, solucionando las ecuaciones de Navier- Stokes incompresibles de una manera eficiente. Durante la estancia en el MIT, se ha utilizado un método de Galerkin discontinuo para solucionar las ecuaciones de Navier-Stokes incompresibles usando, o bien un parámetro de penalti para asegurar la continuidad de los flujos entre elementos, o bien un método de Galerkin discontinuo compacto. Ambos métodos han dado buenos resultados y varios ejemplos numéricos se han simulado para validar el buen comportamiento de los métodos desarrollados. También se han estudiado elementos particulares, los elementos de Raviart y Thomas, que se podrían utilizar en una formulación mixta para obtener un algoritmo eficiente para solucionar problemas numéricos complejos.

Desenvolupament de codis numèrics per a la resolució de fluxos turbulents en ordinadors paral·lels emprant discretitzacions tipus symmetry-preserving

Projecte de recerca elaborat a partir d’una estada a la University of Groningen, Holanda, entre 2007 i 2009. La simulació directa de la turbulència (DNS) és una eina clau dins de la mecànica de fluids computacional. Per una banda permet conèixer millor la física de la turbulència i per l'altra els resultats obtinguts són claus per el desenvolupament dels models de turbulència. No obstant, el DNS no és una tècnica vàlida per a la gran majoria d'aplicacions industrials degut al elevats costos computacionals. Per tant, és necessari cert grau de modelització de la turbulència. En aquest context, s'han introduïts importants millores basades en la modelització del terme convectiu (no lineal) emprant symmetry-preserving regularizations. En tracta de modificar adequadament el terme convectiu a fi de reduir la producció d'escales més i més petites (vortex-stretching) tot mantenint tots els invariants de les equacions originals. Fins ara, aquest models s'han emprat amb èxit per nombres de Rayleigh (Ra) relativament elevats. En aquest punt, disposar de resultats DNS per a configuracions més complexes i nombres de Ra més elevats és clau. En aquest contexte, s'han dut a terme simulacions DNS en el supercomputador MareNostrum d'una Differentially Heated Cavity amb Ra=1e11 i Pr=0.71 durant el primer any dels dos que consta el projecte. A més a més, s'ha adaptat el codi a fi de poder simular el fluxe al voltant d'un cub sobre una pared amb Re=10000. Aquestes simulacions DNS són les més grans fetes fins ara per aquestes configuracions i la seva correcta modelització és un gran repte degut la complexitat dels fluxes. Aquestes noves simulacions DNS estan aportant nous coneixements a la física de la turbulència i aportant resultats indispensables per al progrés de les modelitzacións tipus symmetry-preserving regularization.

Dynamics of turing patterns under spatiotemporal forcing

We study, both theoretically and experimentally, the dynamical response of Turing patterns to a spatiotemporal forcing in the form of a traveling-wave modulation of a control parameter. We show that from strictly spatial resonance, it is possible to induce new, generic dynamical behaviors, including temporally modulated traveling waves and localized traveling solitonlike solutions. The latter make contact with the soliton solutions of Coullet [Phys. Rev. Lett. 56, 724 (1986)] and generalize them. The stability diagram for the different propagating modes in the Lengyel-Epstein model is determined numerically. Direct observations of the predicted solutions in experiments carried out with light modulations in the photosensitive chlorine dioxide-iodine-malonic acid reaction are also reported.

Dynamics of domain walls in pattern formation under traveling-wave forcing

We study dynamics of domain walls in pattern forming systems that are externally forced by a moving space-periodic modulation close to 2:1 spatial resonance. The motion of the forcing induces nongradient dynamics, while the wave number mismatch breaks explicitly the chiral symmetry of the domain walls. The combination of both effects yields an imperfect nonequilibrium Ising-Bloch bifurcation, where all kinks (including the Ising-like one) drift. Kink velocities and interactions are studied within the generic amplitude equation. For nonzero mismatch, a transition to traveling bound kink-antikink pairs and chaotic wave trains occurs.

Defect dynamics in viscous fingering

We study the dynamics of Staffman-Taylor fingering in terms of topological defects of the flow field. The defects are created and/or annihilated at the interface. The route towards the single-finger steady state is characterized by a detailed mechanism for defect annihilation. For small viscosity contrast this mechanism is impeded, and creation of new defects leads the system away from a single-finger solution. Strong evidence for a drastic reduction of the basin of attraction of the Saffman-Taylor finger is presented.