Mechanika tekutin v biomedicíně

Přednášející:

Karel Roubík (gar.)

Cvičící:

Matouš Brunát, Václav Ort, Tomáš Pokorný

Předmět zajišťuje:

katedra biomedicínské techniky

Anotace:

Předmět pokrývá problematiku popisu, modelování a měření proudění tekutin v respirační péči a kardiovaskulárním systému. Důraz je kladen na vytváření modelů respiračního a kardiovaskulárního systému. Získané znalosti umožní studentům aplikovat principy mechaniky tekutin jak v oblasti výzkumu a vývoje, tak i v oblasti klinické praxe.

Požadavky:

Podmínky získání zápočtu:

Povinná účast na cvičeních, absence musí být řádně omluvené a nahrazené. Povoleny jsou maximálně dvě neomluvené a nenahrazené absence.

Průběh a hodnocení zkoušky:

Zkouška bude provedena formou testu, ve kterém budou otázky, na něž budou studenti odpovídat. Některé otázky mohou mít větší váhu při hodnocení než ostatní, a to například ty, které zahrnují početní úlohu či vyžadují komplexní přístup k řešení. Hodnocení bude odpovídat procentuální úspěšnosti přesně podle platné klasifikační stupnice.

Osnova přednášek:

1. Úvod do mechaniky tekutin, statika tekutin.

2. Klasifikace, vizualizace a rovnice proudění tekutin I.

3. Klasifikace, vizualizace a rovnice proudění tekutin II.

4. Proudění tekutiny v trubici kruhového průřezu I.

5. Proudění tekutiny v trubici kruhového průřezu II.

6. Elektroakustické a elektromechanické analogie.

7. Akustické vlnovody.

8. Akustické soustavy se soustředěnými parametry a jejich modely.

9. Srdeční cyklus a mechanika, ventrikulární výkon.

10. Newtonovské proudění a vlnové jevy ve vaskulárním systému.

11. Nenewtonovské proudění ve vaskulárním systému.

12. Měření tlaku.

13. Měření objemového průtoku.

14. Benvenisteho princip, Venturiho, Coanda efekt, Fluidikové prvky.

Osnova cvičení:

1. Experimentální měření závislosti tlakové diference v trubici kruhového průřezu.

2. Základy práce v programu COMSOL Multiphysics.

3. Stacionární a časově závislé simulace nestlačitelného laminárního proudění v programu COMSOL Multiphysics.

4. Stacionární simulace nestlačitelného turbulentního proudění v programu COMSOL Multiphysics.

5. Multifyzikální modelování a použití modulu Pipe Flow v programu COMSOL Multiphysics.

6. Aplikace elektroakustických analogií při funkčním vyšetření respiračního systému.

7. Identifikace pneumatických soustav pomocí elektroakustické analogie.

8. Základní analýza proudění tekutin.

9. Tvorba nelineárního matematického modelu kardiovaskulárního systému.

10. Měření tlaku a objemového průtoku plynu obstrukčními průtokoměry.

11. Porovnání vlastností průtokoměrů založených na různých metodách měření objemového průtoku.

12. Penetrace aerosolu do respiračního systému.

13. Aplikace principů mechaniky tekutin v praxi.

14. Shrnutí poznatků ze cvičení, konzultace před zkouškou.

Cíle studia:

Studijní materiály:

1. VALENTA, J. a kol. Biomechanika. Praha: Academia, 1985.

2. FUNG, Y.C. Biomechanis. Mechanical properties of living tissues. New York: Springer, 1993. ISBN: 978-1-4757-2257-4.

3. BRAUNWALD, E. Heart disease. A textbook of cardiovascular medicine. 5. vyd. Philadelphia: Saunders, 1997, s. 153-176. ISBN 0-7360-4489-2.

4. CENGEL, Yunus A., et al. Fluid Mechanics: Fundamentals and Applications. 1. vyd. New York: McGraw-Hill, 2006. ISBN: 0-07-247236-7.

5. ŠKVOR, Zdeněk. Akustika a elektroakustika. 1. vyd. Praha: Academia, 2001. ISBN: 80-200-0461-0

Poznámka:

Rozvrh na zimní semestr 2021/2022:

Rozvrh není připraven

Rozvrh na letní semestr 2021/2022:

Rozvrh není připraven

Předmět je součástí následujících studijních plánů:

• Navazující magisterský studijní obor Biomedicínský inženýr - prezenční (povinný předmět)