Introduzione alla fluidodinamica computazionale: studio del flusso all'interno di un'arteria

Il presente elaborato è il risultato del mio tirocinio curriculare, condotto presso l’Università Politecnica delle Marche all’interno del Dipartimento Ingegneria Industriale e Scienze Matematiche. Questa tesi nasce come approfondimento sui concetti di base della fluidodinamica e della fluidodinamica computazionale (CFD), discipline con cui non avevo avuto l’opportunità di confrontarmi nel corso dei miei studi in ingegneria biomedica. La fluidodinamica rappresenta un ambito fondamentale per l'ingegneria biomedica, poiché permette di studiare e comprendere il comportamento dei fluidi, come il sangue, in condizioni fisiologiche e patologiche. Attraverso tecniche computazionali avanzate, la CFD consente infatti di simulare la circolazione sanguigna e di analizzare con precisione i flussi all'interno del sistema cardiovascolare, fornendo un supporto alla progettazione di dispositivi medici e alla comprensione delle dinamiche dei flussi arteriosi. Il progetto di tirocinio, svolto presso il Dipartimento Ingegneria Industriale e Scienze Matematiche dell’Università, ha previsto la realizzazione di una simulazione del flusso sanguigno in un tratto di arteria carotidea con biforcazione. Per condurre questa simulazione, ho seguito un tutorial con l'obiettivo di apprendere le basi operative di Ansys Fluent, uno dei software più utilizzati per la fluidodinamica computazionale. La scelta di simulare il flusso in una biforcazione carotidea è particolarmente significativa, poiché le biforcazioni arteriose rappresentano zone di flusso complesso, con caratteristiche dinamiche che possono influire sullo sviluppo di patologie cardiovascolari. Per costruire una solida base teorica, ho dedicato una prima sezione del lavoro a una trattazione compilativa dei concetti fondamentali della fluidodinamica, iniziando dalla definizione di fluido e dalle sue proprietà, per poi analizzare le equazioni di governo che descrivono il comportamento dei fluidi, fino ai principi base della CFD, come i metodi di discretizzazione spaziale e temporale. Questa parte teorica è stata essenziale per affrontare la simulazione numerica e comprendere i principi alla base del software Ansys Fluent. La fase successiva del lavoro si è concentrata sulla simulazione del flusso sanguigno, applicando per la prima volta i concetti di fluidodinamica computazionale per modellare la circolazione in un sistema arterioso complesso. Questa esperienza ha rappresentato un primo passo significativo verso la comprensione delle applicazioni della fluidodinamica nell'ingegneria biomedica, fornendomi strumenti preziosi per interpretare e analizzare i flussi nei vasi sanguigni e per apprezzare il valore della CFD nella ricerca e nella pratica biomedica.