The closure dynamics of an artificial aortic heart valve for single leaflet is investigated numerically during diastolic phase of flow. A two-dimensional fluid-structure interaction model is presented and simulated using an immersed boundary method adopting arbitrary Lagrangian-Eulerian algorithm. The present modeling is based on an efficient Navier-Stokes solver accepting the fractional step method and Cartesian grid system to solve incompressible fluid flow in an Eulerian domain. A moving Lagrangian grid is used to descritized the structure domain and the equation of structure motion is derived by the energy method. I have validated our numerical method with experimental data for leaflet positions and axial velocity profile at successive time points and it shows very good agreement between numerical and experimental results. Simulation results have been analyzed mainly by considering the leaflet length, bending rigidity of the leaflet and different sinus shapes for better valve closure. The investigations and analysis suggests that the valve-leaflet closes most effectively for the leaflet length (L) =26 mm, bending rigidity (EI) = 4.61 $N-mm^2$ and full sinus at fluid flow of 60 bps (1 Hz).
본 논문의 연구에서는 대동맥 심장 판막을 한 장의 얇은 막으로 모사하여 심박 유동에 따른 판막의 폐쇄 역학을 수치적으로 조사하였다. 임의의 라그랑지안-오일러리안(Arbitrary Lagrangian Eulerian, ALE) 알고리즘을 채택한 가상경계법(immersed boundary method)을 이용하여 2차원의 유체-고체 상호작용 모델이 모사되었다. 본 연구의 모델은 부분단계법(fractional step method)과 직교좌표계를 채택한 효율적인 나비에-스톡스 방정식 계산법을 기반으로 하여 비압축성 유체의 유동을 오일러리안 영역 내에서 모사하였다. 고체 영역을 이산화하기 위하여 움직이는 라그랑지안 격자를 사용하였고, 에너지법으로부터 고체의 움직임을 표현하는 방정식을 유도하였다. 연속적인 시간점에서 비교한 판막의 위치와 속도 프로파일이 본 논문의 연구 결과와 기존 실험 결과가 매우 잘 일치함을 확인하였다. 모의 실험 결과를 분석하여 더 나은 밸브 폐쇄 조건을 야기하는 판막의 길이, 굽힘 강도, 공동의 형태의 최적값을 조사하였으며, 이를 통해 60bps (1 Hz)의 맥동 유동에서 판막의 길이가 26mm일 때, 굽힘 강도가 $4.61N-mm^2$ 일 때, 그리고 공동의 형태는 완전한 공동의 형태를 가질 때 가장 효율적으로 판막이 닫힘을 제시하였다.
