Characterization of Flow Domains and Fluid Flows by Model- and Simulation-based Flow MRI (CFD-MRI)
Characterization of Flow Domains and Fluid Flows by Model- and Simulation-based Flow MRI (CFD-MRI)
批准号:
283792184
负责人:
Professorin Dr. Gisela Guthausen
金额:
$0.0万
依托单位国家:
德国
项目类别:
Research Grants
财政年份:
2016
资助国家:
德国
项目状态:
已结题
起止时间:
2015-12-31 至 2019-12-31
中文摘要
在超滤过程中,有机或无机物质的沉积会导致膜上或膜内的污垢,从而导致生产力的损失,并增加维护和操作成本。这阻碍了这项有前途的水处理技术的广泛应用。目前还没有描述膜孔隙形态变化和膜上膜层形成过程的模型。此外,目前还没有对多孔介质中的过滤过程进行测量。磁共振成像(MRI)和计算机断层扫描(CT)等成像技术在空间分辨率和所需的图像对比度方面受到限制。本提案的主要目标是通过开发一种全新的方法来缩小这一差距,即基于模型和仿真的流动mri (CFD-MRI)。为此,使用流动模型来排除非物理测量结果,消除测量伪影并提高空间分辨率,从而更准确地描述膜壁上的流动和生物膜形态。CFD-MRI是通过制定和有效地解决拓扑优化问题来实现的,该拓扑优化问题最大限度地减少了测量与仿真结果的误差。为此,采用了梯度算法,核算法是对最近发现的伴随晶格玻尔兹曼方法(ALBM)的进一步发展。该方法的优点一方面是对流动的底层介观建模,从而可以直接计算颗粒分布并与测量的MRI值相关联,另一方面是并行算法的效率。最后,将该方法应用于过滤过程中,计算出膜内的渗透率分布和流体流动动力学。在项目结束时,获得了复杂几何形状流体流动动力学的表征工具,这也有望为其他应用提供新的发现。
英文摘要
In ultra filtration processes the deposition of organic or inorganic substances leads to fouling on or in a membrane and therefore to a loss in productivity and increase in maintenance and operating costs. This prevents a wider application of this promising technology for water treatment. There are still models missing for the description of the fouling process which describe morphological changes of the porosity in the membrane as well as the forming of a layer on the membrane. Furthermore, at the moment there are no measurements available from the filtration process in the porous media. Imaging techniques such as magnetic resonance imaging (MRI) and computer tomography (CT) are limited in terms of spatial resolution and required image contrast. The main objective of this pro-posal is to close this gap by developing a fundamentally new method, the model- and simulation-based flow-MRI (CFD-MRI). For this purpose, a flow model is used to exclude unphysical meas-urement results, to eliminate measurement artifacts and to increase the spatial resolution, which finally leads to a more accurate description of flow and biofilm morphology on the membrane walls.The CFD-MRI is realized by formulating and efficiently solving a topology optimization problem, which minimizes the measurement to simulation result error. For it, gradient-based algorithms are used those kernel is a further development of the recently discovered Adjoint Lattice Boltzmann Methods (ALBM). Advantages of this approach are on the one hand, the underlying mesoscopic modeling of the flow, so that the particle distributions can be directly calculated and correlated with the measured MRI values, and, on the other hand, the efficiency of the parallel algorithm. Finally, the method is applied to the filtration process, which enables to compute the distribution of the per-meability and the fluid flow dynamics inside the membrane. At the end of the project, a characteri-zation tool for fluid flow dynamics in complex geometries is obtained, which also promises to pro-vide new findings for other applications.
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DOI:
10.1016/j.compfluid.2019.104391
发表时间:
2020-01
期刊:
Computers & Fluids
影响因子:
2.8
作者:
[Fabian Klemens;S. Schuhmann;Roland Balbierer;G. Guthausen;H. Nirschl;G. Thäter;M. Krause]
通讯作者:
Fabian Klemens;S. Schuhmann;Roland Balbierer;G. Guthausen;H. Nirschl;G. Thäter;M. Krause
DOI:
10.1016/j.camwa.2018.07.010
发表时间:
2020-01
期刊:
Comput. Math. Appl.
影响因子:
--
作者:
[Fabian Klemens;Benjamin Förster;M. Dorn;G. Thäter;M. Krause]
通讯作者:
Fabian Klemens;Benjamin Förster;M. Dorn;G. Thäter;M. Krause
DOI:
10.1016/j.compfluid.2018.02.022
发表时间:
2018-04
期刊:
Computers & Fluids
影响因子:
2.8
作者:
[Fabian Klemens;S. Schuhmann;G. Guthausen;G. Thäter;M. Krause]
通讯作者:
Fabian Klemens;S. Schuhmann;G. Guthausen;G. Thäter;M. Krause
Characterization of biofilm distribution in hollow fiber membranes using Compressed Sensing Magnetic Resonance Imaging
使用压缩传感磁共振成像表征中空纤维膜中的生物膜分布
DOI:
10.1016/j.memsci.2019.117437
发表时间:
2020
期刊:
Journal of Membrane Science
影响因子:
9.5
作者:
[J.W. Simkins, S. Schuhmann, G. Guthausen, M. Heijnen, S.L. Codd, J.D. Seymour]
通讯作者:
J.D. Seymour
Characterization and quantification of structure and flow in multichannel polymer membranes by MRI
通过 MRI 表征和量化多通道聚合物膜的结构和流动
DOI:
10.1016/j.memsci.2018.10.072
发表时间:
2019
期刊:
Journal of Membrane Science
影响因子:
9.5
作者:
[S. Schuhmann, J.W. Simkins, N. Schork, S.L. Codd, J.D. Seymour, M. Heijnen, F. Saravia, H. Horn, H. Nirschl, G. Guthausen]
通讯作者:
G. Guthausen
共 6 条
Prozesskontrolle mittels Niederfeld-NMR-Spektroskopie
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批准号:131072367
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项目类别:Research Grants
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资助金额:$0.0万
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财政年份:2009
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负责人:Professorin Dr. Gisela Guthausen
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依托单位:
国内基金
海外基金
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肝硬化患者4D Flow MRI血流动力学与肝脂肪和铁代谢的交互机制研究
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批准号:
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项目类别:省市级项目
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资助金额:--
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批准年份:2025
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负责人:胡勤勤
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依托单位:
基于4D Flow MRI 技术联合HA/cRGD-GD-LPs对比剂增强扫描诊断肝纤维化分期的研究
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批准号:
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项目类别:省市级项目
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资助金额:--
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批准年份:2025
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负责人:李刚静
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依托单位:
基于4 D-Flow MRI评估吻合口大小对动静脉瘘的血流动力学以及临床预后的影响
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批准号:
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项目类别:省市级项目
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资助金额:--
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批准年份:2024
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负责人:王晓禾
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依托单位:
构建4D-Flow-CFD仿真模型定量评估肝硬化门静脉血流动力学
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批准号:
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项目类别:省市级项目
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资助金额:--
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批准年份:2024
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负责人:杨华
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依托单位:
基于4D-FLOW MRI实现特发性颅内压增高患者静脉窦无创测压和血流动力学分析
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批准号:82301457
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:30.00万元
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批准年份:2023
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负责人:张宇鹏
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依托单位:
结合4D flow的多模态心脏磁共振成像在肥厚型心肌病中的应用研究
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批准号:
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项目类别:省市级项目
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资助金额:--
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批准年份:2023
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负责人:
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依托单位:
驻高海拔地区铁路建设工程项目员工的Flow体验、国家认同与心理韧性:积极环境心理学视角
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批准号:72271205
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项目类别:面上项目
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资助金额:44万元
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批准年份:2022
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负责人:毛燕辉
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依托单位:
基于Flow-through流场的双离子嵌入型电容去离子及其动力学调控研究
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批准号:52009057
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:24.0万元
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批准年份:2020
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负责人:刘勇
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依托单位:
主动脉瓣介导的血流模式致升主动脉重构的4D Flow MRI可视化预测模型研究
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批准号:82071991
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项目类别:面上项目
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资助金额:56.0万元
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批准年份:2020
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负责人:汪咏莳
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依托单位:
基于4D Flow MRI探讨侧支循环影响颈内动脉重塑的机制研究
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批准号:81801139
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:21.0万元
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批准年份:2018
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负责人:许玉园
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依托单位: