Turbulence Generation and Left Ventricular Hemodynamics Elucidated Through Flow Decomposition
Tid: Fr 2026-01-30 kl 11.00
Plats: D2, Lindstedtsvägen 5, Stockholm
Videolänk: https://kth-se.zoom.us/j/68657960472
Språk: Engelska
Ämnesområde: Datalogi
Respondent: Joel Kronborg , Beräkningsvetenskap och beräkningsteknik (CST)
Opponent: Professor Dominik Obrist, University of Bern
Handledare: Professor Johan Hoffman, Beräkningsvetenskap och beräkningsteknik (CST)
QC 20251218
Abstract
Under de senaste åren har triple decomposition av hastighetsgradienten framträtt som en ny metod för virvelidentifiering i flöden. Även om tidiga algoritmer för att beräkna den begränsades av en ofullständig fysisk tolkning av den underliggande matematiken, har dekompositionen potential att bidra till mer än enbart virvelidentifiering, exempelvis till uppskattning av skjuvning i blodflöde och analys av turbulensgenerering.
En attraktiv egenskap hos triple decomposition är dess förmåga att ge ett rotationsmått som inte är kontaminerat av skjuvning, något som många etablerade metoder misslyckas med att uppnå. Flera olika algoritmer har dock föreslagits för att beräkna den, och alla ger inte samma resultat. Här presenteras framsteg inte bara gällande förklaring av denna brist på entydighet, och därigenom motivering av ett enhetligt och förenklat tillvägagångssätt för att beräkna triple decomposition, utan också gällande utvidgning av dess tillämpningsområden.
I blodflöde är skjuvning en viktig parameter som, om den upprätthålls på en hög nivå, kan bidra till aktivering av blodplättar och påföljande tromboembolism såsom stroke eller hjärtinfarkt. Här presenteras simuleringar av det intraventrikulära blodflödet i den vänstra kammaren i ett mänskligt hjärta, både med användning av en förenklad modell av mitralisklaffen för att simulera kateterburen edge-to-edge-reparation, och med introduktion av en ny arbitrary Lagrangian-Eulerian fluid-struktur-interaktionsmodell av mitralisklaffen. Triple decomposition demonstreras överträffa det etablerade måttet von Mises-like scalar shear stress, som visas vara kontaminerat av töjning.
En matematisk stabilitetsanalys av skjuvnings-, töjnings- och rotationskomponenterna från triple decomposition används också för att motivera en ny process inom turbulensgenerering. I en simulering av två intilliggande virvlar som interagerar för att utveckla turbulent flöde identifieras ett sicksackmönster som en mekanism som omorganiserar småskaliga sekundära virvlar och därmed överför energi till större skalor, vilket bidrar till att ett turbulent energispektrum bildas.
Resultaten som presenteras i denna avhandling bidrar inte bara till en bättre förståelse och mer direkt beräkning av triple decomposition, utan demonstrerar också dess användbarhet för förbättrad analys av potentiellt skadlig skjuvning i blodflöde, samt av fundamentala aspekter av turbulensgenerering.