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79. Jahresversammlung der Deutschen Gesellschaft für Hals-Nasen-Ohren-Heilkunde, Kopf- und Hals-Chirurgie e. V.

Deutsche Gesellschaft für Hals-Nasen-Ohren-Heilkunde, Kopf- und Hals-Chirurgie e. V.

30.04. - 04.05.2008, Bonn

Anwendung von Large-Eddy-Simulation auf die Luftströmung in einem aus CT-Daten generierten nasalen Strömungsraum

Meeting Abstract

  • corresponding author Ernst-Jürgen Haberland - Univ.-HNO-Klinik Halle, Halle (Saale)
  • Iris Pantle - FG Strömungsmaschinen, Univ. Karlsruhe, Karlsruhe
  • Stephan Knipping - Univ.-HNO-Klinik Halle, Halle (Saale)
  • Kerstin Neumann - Univ.-HNO-Klinik Halle, Halle (Saale)
  • Karsten Stock - Klinik für Diagnostische Radiologie Univ. Halle, Halle (Saale)
  • Manfred Knörgen - Klinik für Diagnostische Radiologie Univ. Halle, Halle (Saale)

Deutsche Gesellschaft für Hals-Nasen-Ohren-Heilkunde, Kopf- und Hals-Chirurgie. 79. Jahresversammlung der Deutschen Gesellschaft für Hals-Nasen-Ohren-Heilkunde, Kopf- und Hals-Chirurgie. Bonn, 30.04.-04.05.2008. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2008. Doc08hnod573

Die elektronische Version dieses Artikels ist vollständig und ist verfügbar unter: http://www.egms.de/de/meetings/hnod2008/08hnod573.shtml

Veröffentlicht: 22. April 2008

© 2008 Haberland et al.
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Gliederung

Text

Für zukünftige, detaillierte Untersuchungen soll die Luftbewegung in der Nase mit zeitlich und räumlich hochauflösenden Berechnungsverfahren der CFD (Computational Fluid Dynamics) simuliert werden. Besonders geeignet erscheint hierfür die sog. Grobstruktur- oder Large-Eddy-Simulation (LES). LES ist ein zeitabhängiges Verfahren, welches den größten Teil des turbulenten Energiespektrums direkt auflöst. Der Strömungsraum wurde aus CT-Daten mit dem Ziel generiert, individuelle Kalkulationen zu erstellen.

Es wurden Berechnungen auf unterschiedlich fein aufgelösten Netzen (10-11 • 106 Zellen) realisiert. Hierzu kam der auf Hochleistungsrechnern der Univ. Karlsruhe am FG Strömungsmaschinen entwickelte Forschungscode SPARC zum Einsatz. SPARC ist ein kompressibler, 3-dimensionaler, block-strukturierter, instationärer und parallelisierter Navier-Stokes-Löser. Es wurden monoton integrierte LES (MILES) der Einatmung durchgeführt. Am Naseneingang wurde als Randbedingung der Massenstrom (dm/dt = 0,1875 • 10-3 kg/s) und im Epipharynx der statische Atmosphärendruck vorgegeben.

Beim impliziten Zeitschrittverfahren wurde mit Δt = 5•10-7 s eine stabile zeitliche Auflösung erreicht. Mit diesem Zeitschritt konnten deutliche, periodische Fluktuationen der Strömungsgrößen (v, p) von ca. 20.000 Hz im unteren, mittleren und oberen Nasengang sowie an der Nasenklappe aufgelöst werden. Die höchsten Wirbelstärken traten dabei am Naseneingang und im Bereich der Choanen auf.

Die Modellrechnungen zeigen, dass mit hochauflösenden CFD-Methoden die Verwirbelung der Atemluft (Riechspalte) gezeigt werden kann. Nach diesen Grundlagenuntersuchungen ist in Zukunft eine Berechnung der Strömungsverhältnisse zur Optimierung von Nasenoperationen vorgesehen.