[pt] Doenças cardiovasculares são responsáveis por um elevado número de óbitos em seres humanos. Muitas dessas patologias são dependentes do ciclo cardíaco e estão localizadas na aorta, a maior e principal artéria do nosso corpo. O conhecimento dos padrões de escoamento e distribuições de tensões nas paredes da aorta podem auxiliar no diagnóstico e prevenção de algumas dessas doenças. Dessa forma, estudou-se numericamente o escoamento do sangue, durante o ciclo cardíaco, em um modelo 3D da aorta de um paciente específico, após a implantação de TAVI (Transcatheter Aortic Valve Implantation). O ciclo cardíaco é formado por dois períodos chamados de sístole e diástole. Durante a sístole, sangue é bombeado do coração para a aorta, apresentado altos valores de vazão, resultando em escoamento turbulento. Por outro lado, na diástole, com o fechamento da válvula aórtica, o sangue escoa com baixas velocidades em regime laminar. Até hoje, cientistas enfrentam um desafio na modelagem da turbulência, pois não existe uma única modelagem que forneça previsibilidade para todas as situações envolvendo o regime turbulento, com esforço computacional razoável. Para seleção do modelo de turbulência mais adequado para análise do escoamento no interior da aorta, na presença da transição de regimes de escoamento durante o ciclo cardíaco, com um custo razoável, selecionou-se a metodologia baseada na Média de Reynolds. Diferentes modelos foram comparados com dados experimentais extraídos do mesmo modelo aórtico em escala real, porém em regime permanente, com vazão correspondente ao pico da sístole. Por fim, avaliou-se o impacto das condições de contorno e dos modelos de turbulência durante o ciclo cardíaco na distribuição e valores de tensões e grandezas turbulentas no endotélio vascular. Mostrou-se que a distribuição espacial das médias temporais de tensão foram qualitativamente e quantitativamente similares, para os dois ciclos cardíacos representativos de diferentes pacientes, porém com pequenas mudanças locais para cada caso. Em termos dos modelos de turbulência, observou-se que o modelo SAS (Scale Adaptive Simulation) foi capaz de representar a relaminarização do escoamento sanguíneo no período diastólico. / [en] Cardiovascular diseases are responsible for a high number of deaths in humans. Many of these pathologies are dependent on the cardiac cycle and are located in the aorta, the largest and main artery in our body. Knowledge of flow patterns and stress distributions in the walls of the aorta can help in the diagnosis and prevention of some of these diseases. Thus, the flow of blood during the cardiac cycle was numerically studied in a 3D model of the aorta of a specific patient, after TAVI (Transcatheter Aortic Valve Implantation) implantation. The cardiac cycle consists of two periods called systole and diastole. During the systole, blood is pumped from the heart to the aorta, presenting high flow rates, resulting in a turbulent flow. On the other hand, in diastole, with the closure of the aortic valve, the blood flows with low velocities in laminar regime. Until today, scientists face a challenge in turbulence modeling, as there is no single model that provides predictability for all situations involving the turbulent regime, with reasonable computational effort. In order to select the most suitable turbulence model for the analysis of the flow inside the aorta, in the presence of the transition of flow regimes during the cardiac cycle, with a reasonable cost, the methodology based on the Reynolds Average was selected. Different models were compared with experimental data extracted from the same real-scale aortic model, but a in steady state, with flow corresponding to the systolic peak. Finally, the impact of boundary conditions and turbulence models during the cardiac cycle on the distribution and values of stresses and turbulent quantities in the vascular endothelium were evaluated. It was shown that the spatial distribution of the temporal averages of tension was qualitatively and quantitatively similar, for the two cardiac cycles representative of different patients, but with small local changes for each case. In terms of turbulence models, it was observed that the SAS (Scale Adaptive Simulation) model was able to represent the relaminarization of blood flow in the diastolic period.

[pt] As patologias na valva aórtica representam umas das principais causas de óbito no mundo. Nos casos de estenose aórtica grave, a substituição da valva nativa é necessária. Existem dois mecanismos de substituição de valva aórtica: cirurgia convencional, através da toracotomia, ou o implante valvar aórtico percutâneo (TAVI, Transcatheter Aortic Valve Implantation). O posicionamento coaxial da prótese valvar em relação ao ânulo aórtico influência o fluxo sanguíneo transvalvar, podendo contribuir para o remodelamento aórtico, culminando em dilatações aneurismáticas, dissecção aórtica e processo aterosclerótico. O presente estudo avalia numericamente a influência do posicionamento coaxial da prótese valvar nas estruturas hemodinâmicas na região de aorta ascendente e início do arco aórtico, durante um ciclo cardíaco. A geometria anatômica avaliada corresponde a um modelo aórtico de um paciente que foi submetido ao implante valvar percutâneo. O escoamento foi obtido com o modelo de turbulência (K - W), utilizando o software ANSYS-Fluent. A interação entre a complacência aórtica e o fluxo sanguíneo durante o ciclo cardíaco foi obtida empregando simulações do tipo FSI (Fluid Structure Interaction). A metodologia numérica foi validada através de comparações com dados experimentais nobres do tipo PIV estereoscópico, com excelente concordância do campo de velocidade e tensões de Reynolds. Observou-se a importância do posicionamento coaxial da prótese valvar aórtica com relação ao direcionamento do jato e área de impacto na parede da aorta; influenciando na formação de regiões de recirculação na raiz da aorta e aorta ascendente; com diferentes estruturas coerentes (vórtices). Identificou-se as regiões de alta pressão e tensão de cisalhamento na parede da aorta, assim como de alta intensidade das grandezas turbulentas no volume interno da aorta. A partir da análise dos resultados foi possível sugerir que a posição coaxial ideal da prótese pode ser obtida quando é direcionada à parede esquerda da aorta com uma inclinação de 4 graus. / [en] Aortic valve pathologies are one of the leading causes of death in the world. In cases of severe aortic stenosis, replacement of the native valve is necessary. There are two mechanisms of aortic valve replacement: conventional surgery through thoracotomy or Transcatheter Aortic Valve Implantation (TAVI). Coaxial positioning of the valve prosthesis in relation to the aortic annulus influences on the transvalvar blood flow, which may contribute to aortic remodeling, culminating in aneurysmal dilations, aortic dissection and atherosclerotic process. The present thesis evaluates the influence of the coaxial positioning of the valve prosthesis on hemodynamic structures in the ascending aorta and the beginning of the aortic arch, during a cardiac cycle. The anatomical geometry evaluated was the aortic model of a specific patient after being submitted to percutaneous valve implantation procedure. The flow was obtained with the (K - W) turbulence model, using ANSYS-Fluent software. Interaction between aortic compliance and blood flow during the cardiac cycle was obtained using simulations FSI (Fluid Structure Interaction). The numerical methodology was validated through comparisons with noble experimental data obtained from stereoscopic PIV method, with excellent agreement of the velocity field and Reynolds stress. It was observed the importance of the coaxial positioning of the aortic valve prosthesis in relation to the jet direction and the impact area in the aortic wall, influencing the formation of recirculation regions in the aortic root and ascending aorta; with different coherent structures (vortices). The regions of high pressure and shear stress were identified in the aortic wall, as well as high intensity turbulent quantities in the internal aortic volume. From the results analysis it was possible to suggest that the ideal coaxial position of the prosthesis can be obtained when it is directed to the left wall of the aorta with an inclination of 4 degrees.