İnsan Burun Boşluğundaki Hava Akışının İncelenmesi

Abstract

Burun boşluğundaki hava akışı 50 seneyi aşkın süredir üzerinde çalışılan bir konudur. Ancak burun boşluğunun boyutlarının ufak oluşu, geometrinin zamanla büyük değişiklikler göstermesi, vücudun izlenmesi zor bir bölgesinde olması ve karmaşık geometrisi, bu organdaki hava akışının başarıyla incelenmesinde engel oluşturmuştur. Gelişen teknolojiyle beraber hem deneysel hem de hesaplamalı yöntemlerle bu konuda önemli ilerlemeler kaydedilmektedir. Bu çalışmada bilgisayar destekli tomografi sayesinde sağlıklı bir erkeğin kafatasından 2 mm arayla koronal görüntü kesitleri alınmıştır. Bu kesitlerden yola çıkarak sol burun boşluğunun 3-boyutlu sayısal modeli yaratılmıştır. Geometri üzerinde sonlu hacim ağı oluşturulmuş ve bu ağda, sıkıştırılamaz viskoz akışı idare eden Navier-Stokes ve süreklilik denklemleri hesaplamalı yöntemlerle çözülmüştür. Sonraki aşamada, burun boşluğunun 2 katı büyüklüğünde bir katı modeli yaratılmıştır. Bu modele silikon dökülerek kalıplama yapılmıştır. Elde edilen şeffaf silikon modelde akışkan olarak gliserin-su karışımı kullanılmıştır. Bilgisayar kontrollü bir pompa sistemi kurularak daimi-olmayan nefes alıp verme hareketi taklit edilmiştir. PIV yöntemi kullanılarak daimi ve daimi-olmayan akış hallerinde ölçümleme yapılmıştır.

Nasal airflow has been an area of interest for researchers. Many experimental researches have been conducted on the subject for over 50 years. However, small size and complex geometry of the nasal cavity are the obstacles limiting detailed quantitative information of nasal aerodynamics. Fortunately, these drawbacks have been overcome by developments both computational and experimental methods. In this study, consecutive coronal images of nasal cavity at 2 mm intervals is taken from a health man with computer aided tomography. From these images a 3 dimensional digital model of the left nasal cavity. A finite volume mesh is generated from the nasal geometry. Navier-Stokes and continuity equations are solved with computational methods. For the next stage of the study, a double scaled solid model of the nasal cavity is created. By using molding silicone, a transparent model is created from the solid model. A computer driven pump system is created to simulate the unsteady breathing motion. Glycerol-water mixture is used as the fluid and PIV method is employed to investigate the flow. Flow is analyzed for both steady and unsteady flow conditions.