Simulazione numerica del flusso nelle cavità nasali

The present thesis is concerned with a fluid dynamic study on the nasal cavity. The initial idea was inspired by a collaboration between the Department of Aerospace Engineering and the Ear-Nose-Throat Department (ENT) of San Paolo Hospital, in Milan, with the final goal to provide doctors a free and reliable tool for the specific study of every patient. In this way, once the research stage is over, doctors will have many qualitative and quantitative data, that, beyond increasing the knowledge on nasal fluid dynamic, will give useful indications for surgical operations and for an effective prediction about patient’s post-surgery breathing. We are confident that, in a future not too far, patients’health will be greatly enhanced with similar tools. The collaboration is involved with an ambitious project, with many goals to achieve. The present work is focused on laying down the bases to successfully create the proposed CFD tool. The first part faces the issue of the passage from CT scans (computed tomography) to the definition of the nasal cavity surface. After creating the volume mesh, it is possible to proceed with the CFD simulations and eventually main results are presented, with a particular attention to the validation of the CFD tool. Fluid dynamic simulations have been performed with several different geometries, with laminar and turbulent flows (RANS, k-ω-SST model). In the present work we don’t focus on the choice of the turbulence model, because our project is to create an operating procedure for the study of the flow in nasal cavities.

Il presente lavoro di tesi riguarda uno studio fluidodinamico della cavità nasale. Lo spunto iniziale nasce da una collaborazione con il reparto di otorinolaringoiatria dell'Azienda Ospedaliera - Polo Universitario - San Paolo di Milano, con l’obiettivo finale di fornire ai medici uno strumento affidabile e completamente gratuito per lo studio specifico di ogni paziente. In tal modo, una volta completata la fase di ricerca, si avranno a disposizione molti dati qualitativi e quantitativi, che, oltre ad aumentare la conoscenza fluidodinamica in questo ambito, forniranno utili indicazioni sia per le operazioni chirurgiche sia per una previsione della respirazione post-intervento, con evidente miglioramento del benessere dei pazienti. La collaborazione prevede quindi un progetto molto ambizioso, di lunga durata, con numerosi obiettivi da raggiungere. Il presente lavoro si occupa di porre le basi per raggiungere con successo la creazione dello strumento di analisi fluidodinamica. La prima parte affronta il problema del passaggio dai dati della tomografia assiale computerizzata (TAC) alla superficie di interesse; in seguito si procede con la costruzione dalla mesh di volume; da ultimo entra in gioco la simulazione fluidodinamica vera e propria, con la presentazione di alcuni risultati significativi, di esempio e di validazione di quanto ottenuto. A livello di simulazione fluidodinamica sono state provate numerose geometrie, con flusso laminare o turbolento (modello k-ω-SST). Più che sul raffinamento della modellistica, demandato a un passo successivo, ci si è concentrati sulla costruzione di una procedura e sulla messa a punto di uno strumento per lo studio del flusso nelle cavità nasali.