آموزش شبیه سازی تهویه مطبوع اتاق عمل

به مجموعه­ ای از فرایندها که برای کنترل دما، رطوبت و کیفیت هوای محیط موجود به کار می­برند، تهویه مطبوع می ­گویند. هدف از طراحی سیستم تهویه مطبوع، ایجاد رفاه برای افراد حاضر در محیط مورد نظر و یا ایجاد محیطی مناسب برای انجام یک فرایند خاص است. طراحی سیستم تهویه مطبوع، با استفاده از اصول ترمودینامیک، مکانیک سیالات و انتقال حرارت صورت می ­پذیرد. سیستم ­های تهویه مطبوع انواع مختلفی دارد و کاربردهای زیادی در منازل مسکونی، ساختمان ­های اداری، کتابخانه ­ها، سالن­ های آمفی تئاتر، بیمارستان­ ها، سالن­ های غذاخوری و ….. دارد.

تهویه مطبوع اتاق عمل

از مهم ترین خطرات در محیط اتاق عمل، می توان به تماس آلاینده ها و ذرات معلق با بدن بیمار و ورود گازهای هوش بر به منطقه خارج از محیط جراحی، اشاره کرد که با ایجاد یک سیستم تهویه مناسب می توان خطرات ناشی از آن را به حداقل رساند. سیستم تهویه مطبوع جریان آرام، همراه با پرده هوا یکی از مرسوم ترین مدل های سیستم تهویه برای مراکز درمانی و خصوصا اتاق عمل به شمار می‌رود.

یکی از ضرورت­ های مهم در اتاق­ های عمل، از بین بردن ذرات و آلودگی­ های محیط می­باشد. استفاده از یک سیستم تهویه مطبوع مناسب موجب عدم پخش باکتری­ها و عفونت­ها در حین جراحی، عدم تماس ذرات آلاینده با بدن بیمار، ممانعت از خارج شدن گازهای مخصوص هوش­بری از اتاق و همچنین فراهم کردن محیط دارای آسایش برای دکتر و پرستاران می­شود. سیستم­ های تهویه مطبوع اتاق­ های عمل به گونه­ای طراحی می­شود که همواره فشار نسبی هوای داخل اتاق نسبت به بیرون بیشتر باشد تا امکان ورود هوای بیرون به داخل آن وجود نداشته باشد. همچنین امکان بازگشت هوای داخل اتاق به درون سیستم­های هواساز موجود در اتاق وجود ندارد؛ به عبارتی دیگر، هوا مستقیماً از اتاق خارج می­شود و فقط هوای تازه به صورت دائم به محیط داخل تزریق می­شود.

روش تهویه مطبوع در اتاق عمل

یکی از روش ­های تهویه­ مطبوع درون اتاق عمل، استفاده از پرده­ی هوا می­باشد. درواقع دریچه­هایی بر روی سقف اتاق عمل و در بالای سر تخت بیمار تعبیه شده­اند که توسط پرده­های هوا محافظت می­شوند. پرده­های هوا وسیله ­هایی هستند که با ایجاد جریان پر فشار، مانع از جابه­جایی هوای آلوده موجود در محیط و ورود آن به هوای تازه می­شود. همچنین به عنوان یک دریچه­ی تخلیه­ی دائمی موجب می­شود که جریان آرام ورودی رفتار بهتری داشته باشد و در این حالت، هوای خروجی از دیفیوزرهای جریان آرام، ضمن جریان رو به پایین خود، به طرفین نیز جریان می­یابند و ذرات آلوده­های هوا را با حرکت پرفشار خود به اطراف پخش می­کنند که این امر موجب کاهش فضا برای حضور ذرات آلوده­ی موجود در محیط اتاق عمل می­شود. شکل 1 شماتیکی از نحوه­ی عملکرد سیستم تهویه مطبوع با پرده­ی هوا را نشان می­دهد.

شکل 1 : شماتیکی از سیستم تهویه مطبوع با پرده­ی هوا

شکل 2 : نمایی از سیستم تهویه مطبوع با پرده­ی هوا

با پیشرفت روش های دینامیک سیالات محاسباتی، استفاده از این روش ها برای مدل سازی و بررسی کارایی این نوع سیستم های تهویه مطبوع، رشد چشمگیری داشته است. در این تحلیل، شبیه سازی سه بعدی اتاق عمل صورت گرفته است. در این شبیه سازی هوا با سرعت و دمای مشخص وارد اتاق شده و با ایجاد جریان هوا از سقف به کف و ایجاد فشار مثبت که از الزامات یک سیستم تهویه مناسب است از تمرکز غلظت آلودگی های اتاق عمل جلوگیری می کند.

در این تحلیل سعی شده است با بهره گیری از نرم افزار Ansys Fluent، توزیع جریان هوا در اتاق عمل بررسی شده و مشاهده می شود که استفاده از پرده هوا، شرایط هوای اتاق عمل را به شرایط مطلوب و ایمن نزدیک ترکرده و نقش زیادی در کاهش آلودگی های اتاق عمل ایفا می کند.

شرح مسأله

در مسأله­ ی حاضر، فضای اتاق عمل با تجهیزات و افراد درون آن شامل دکتر و بیمار با استفاده از یک سیستم تهویه مطبوع شبیه­ سازی شده است. در این سیستم، از یک جریان آرام هوا جهت پاکسازی هوای دورن اتاق عمل و یک جریان خطی تحت عنوان پرده­ی هوا جهت ممانعت از ورود جریان آلوده به درون هوای تازه­ استفاده گردیده است. منشأ آلاینده­ ها و گازهای اضافی بدن بیمار فرض گردیده است. هوای ورودی با حرکت خود از بالا به پایین عملیات پاکسازی را صورت می­ دهد و گازها و ذرات آلوده­ ی اطراف بیمار را به کناره­ های فضای اتاق انتقال می­دهد، جریان­ های خطی از اطراف به عنوان پرده ای مانع بازگشت هوای آلوده به درون هوای تمیز بالای سر بیمار می­شوند، و درنهایت هوای آلوده از کناره های پایین اتاق خارج می­شود. در جریان هوای درون اتاق عمل، هوا شامل اکسیژن، نیتروژن، بخار آب (رطوبت) و ذرات آلاینده می­باشد.

فرایند شبیه ­سازی اتاق عمل

گام 1) ترسیم هندسه

مدلسازی اتاق عمل با استفاده از نرم ­افزار design modeler صورت گرفته است. در مدل حاضر، تمام اجزای موجود در اتاق عمل که بر روی تهویه مطبوع مؤثر هستند، شامل تجهیزات موجود در اتاق عمل و افراد حاضر در اتاق عمل مثل دکتر و پرستار ترسیم شده است. شکل 3 نمایی از هندسه ­ی ترسیمی را نشان می­دهد.

شکل 3 : نمایی از هندسه­ی ترسیمی

گام 2) شبکه­ بندی

شبکه ­بندی مدل حاضر توسط نرم ­افزار ansys meshing انجام گرفته است. شبکه­ بندی صورت گرفته از نوع بدون سازمان (unstructure) است و درمجموع 1294914 سلول تولید شده است. شکل 4 نمایی از کیفیت شبکه­ بندی صورت گرفته را نشان می­دهد.

شکل 4 : نمایی از شبکه­ بندی هندسی

تفاوت بین مش سازمان یافته و مش سازمان یافته : به طور کلی دو روش شبکه ­بندی وجود دارد که شامل مش ­بندی سازمان یافته و مش ­بندی بدون سازمان می­باشند. در مش­بندی سازمان­یافته، شبکه­ ها طبق الگوی منظمی در کنار یک­دیگر چیدمان شده­اند. در این نوع شبکه ­بندی، به دلیل نظم بین سلول­ها، دسترسی به داده ­ها راحت­تر صورت می­پذیرد اما در مدل­ های پیچیده ­تر، به دلیل عدم تطبیق پذیری مناسب بین المان­ها، حل مسأله را با مشکل رو­به ­رو می­کند. در حالی که در مش ­بندی بدون سازمان، چیدمان­ المان­ها از نظم خاصی پیروی نمی­کند و تراکم سلول­ها به طور محلی می­باشد. درنتیجه در این روش مش ­بندی، گسسته­ سازی مدل­های پیچیده­ را امکان­پذیر می­کند.

گام 3) تنظیم setup و حل مسأله

خلاصه­ ای از مراحل تعریف مسأله و تعریف حل آن در جدول 1 آمده است :

جدول 1 : خلاصه مراحل شبیه­ سازی  و فرایند حل

مدل آشفته k-epsilon-standard : از آنجایی که در مدل حاضر، به بررسی پراکندگی ذرات آلوده­ی موجود در محیط پرداخته شده است، مدل k-epsilon-standard مناسب است.

تابع دیواره ­ی استاندارد : چون از مدل جریان آشفته­ی k-epsilon استفاده شده است و این مدل قادر به شبیه­ سازی گردابه ­های جریان در نزدیکی دیواره ­ها نیست، جهت بررسی رفتار سیال نزدیک دیواره، باید تابع عملکردی دیواره تعریف گردد. این توابع دیواره پروفیل­ های تحلیلی جریان در نزدیکی دیواره هستند که با استفاده از حل صریح معادلات جریان در نزدیکی دیواره به دست آمده­ اند؛ از این­رو، نسبت به روش­های عددی دارای دقت بهتری هستند (البته در مدل­ های ساده ­تر) و همچنین به دلیل عدم نیاز به مش بندی در نزدیکی دیواره، به مقدار قابل توجهی محاسبات را کاهش می­دهند. باید به این نکته توجه گردد که در زمان استفاده از مدل k-epsilon به دلیل عدم شبکه ­بندی در نزدیکی دیواره­ها، نیاز به بررسی عملکرد توابع دیواره با استفاده از y⁺ می­باشد؛ به طوری که در حالت standard محدوده­ ی مناسب برای y⁺ باید بین 30 الی 300 به دست بیاید.

مدل گونه ­ی انتقال : از مدل species transport به­ طور کلی برای تحلیل فرایندهای احتراق که در آن گونه ­های گازی در واکنش با هم هستند، استفاده می­شود. از این­رو، از آنجایی که در مدل حاضر، هدف اصلی بررسی میزان ذرات آلاینده، اکسیژن، نیتروژن و رطوبت هوای موجود در فضای اتاق عمل است، باید از این مدل استفاده گردد؛ اما نیازی به تعریف واکنش بین گونه­های گاز نمی­باشد.

پیشنهادات شرکت پردازشگران مهر

برای مدلسازی و شبیه سازی گرمایش تهویه مطبوع اتاق عمل در نرم افزار انسیس فلوئنت (ANSYS Fluent) با ما تماس بگیرید. شرکت ما کارشناسان را در زمینه های مختلف مهندسی جمع آوری کرده است تا از کیفیت شبیه سازی CFD اطمینان حاصل شود. شرکت مهر اولین شرکتی است که شما می توانید با اطمینان خاطر سفارش پروژه CFD  خود را آنلاین انجام دهید. یکی از اهداف ما این است که استفاده از روش های قدرتمند محاسباتی دینامیک سیالات را افزایش داده و مهندسان و کسانی که به دنبال دانش حرفه ای در CFD هستند را آموزش دهیم.

شبیه سازی های دینامیک سیالات محاسباتی با خدمات ما آسان خواهد شد. برای آموزش کاربرد های CFD و نرم افزارهای شبیه سازی با ما تماس بگیرید. پیشنهاد ما به شما خدمات زیر است. آموزش فلوئنت ,آموزش دینامیک سیالات محاسباتی ,انجام پروژه فلوئنت,مشاوره CFD  ,شبیه سازی با فلوئنت,انجام شبیه سازی با  فلوئنت,مشاوره پایان نامه فلوئنت,آموزش پایان نامه فلوئنت. مهندسان با تجربه ما مشاوره پیشرفته و پشتیبانی فنی مناسب را برای پروژهای دانشگاهی و صنعتی در اختیار شما قرار خواهند داد. شرکت پردازشگران مهر دارای سال ها تجربه در مدیریت و انجام پروژه های CFD است. ما آماده ایم که بهترین خدمات شبیه سازی را در فیلدهای مختلف مهندسی به شما ارائه دهیم.