Dye experimentation is a widely used method in experimental fluid mechanics for flow analysis or for the study of the transport of particles within a fluid. This technique is particularly useful in biomedical diagnostic applications ranging from hemodynamic analysis of cardiovascular systems to ocular circulation. However, simulating dyes governed by convection-diffusion partial differential equations (PDEs) can also be a useful post-processing analysis approach for computational fluid dynamics (CFD) applications. Such simulations can be used to identify the relative significance of different spatial subregions in particular time intervals of interest in an unsteady flow field. Additionally, dye evolution is closely related to non-discrete particle residence time (PRT) calculations that are governed by similar PDEs. PRT is a widely used metric for various fluid dynamics applications (e.g., environmental fluids, biological flows) and is a well-accepted biomarker for cardiovascular diseases since it is linked to thrombus formation. This contribution introduces a pseudo-spectral method based on Fourier continuation (FC) for conducting dye simulations and non-discrete particle residence time calculations without numerical diffusion errors. Convergence and error analyses are performed with both manufactured and analytical solutions. The methodology is applied to three distinct physical/physiological cases: 1) flow over a two-dimensional (2D) cavity; 2) pulsatile flow in a simplified partially-grafted aortic dissection model; and 3) non-Newtonian blood flow in a Fontan graft. Although velocity data is provided in this work by numerical simulation, the proposed approach can also be applied to velocity data collected through experimental techniques such as from particle image velocimetry.


翻译:Dye 实验是用于流动分析或研究流体内颗粒迁移的实验流体机理广泛使用的一种方法。这种技术在从心血管系统的热动分析到眼环循环等一系列生物医学诊断应用中特别有用。然而,由对流分流部分差异方程式(PDEs)调节的模拟染色也可以是计算流体动态(CFD)应用的一种有用的后处理分析方法。这种模拟可以用来确定不同空间次区域的相对重要性,特别是在对不稳定流流场感兴趣的时间间隔。此外,染色演变与非分立粒停留时间(PRT)的计算密切相关,这种计算由类似的PDEs管理。 PRT是各种流体动态应用的一种广泛使用的测量标准(例如环境流体、生物流),对于心血管疾病来说,它是一种被广泛接受的生物标志,因为它与Thombus的形成有关。这种模拟可以采用一种假光谱方法,用于进行染色模拟和非分流流系粒子的粒子存储时间计算,在不使用数字扩散错误的流流中,在数字流中进行这种模拟和直径分析中进行2次的计算。在物理流分析中进行这种模型分析,通过直径分析中进行这种分析的计算分析,通过直径分析,通过直径分析进行这种分析进行这种分析,直径分析进行这种分析,通过直径分析进行这种分析进行这种分析,而进行。

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