سوال ۱۱۷ کنکور ارشد مهندسی برق ۱۴۰۴

صورت مسئله واقعاً چه می‌پرسد

دیالیزر صفحه‌ای موازی (صفحه‌تخت) یکی از دو هندسهٔ کلاسیک کلیهٔ مصنوعی است (دیگری دیالیزر فیبر توخالی است). ورقه‌های غشایی تخت میان صفحات نگه‌دارندهٔ شیاردار روی هم چیده می‌شوند، به‌گونه‌ای که خون در یک دسته از کانال‌ها و محلول دیالیز در دستهٔ مجاور جریان می‌یابد و این دو با یک غشای نیمه‌تراوا از هم جدا می‌شوند. پرسش این است که کدام ویژگیِ فهرست‌شده از خصوصیات این دستگاه نیست.

بررسی هر گزینه

چرا جریان باید پادجریان باشد — استدلال مهندسی

حذف مادهٔ محلول با اختلاف غلظت دو سوی غشا، یعنی $\Delta C(x) = C_b(x) - C_d(x)$، در امتداد مختصات جریان $x$ رانده می‌شود. انتقال جرم بر واحد طول برابر است با

که در آن $K_o$ ضریب کلی انتقال جرم و $A$ مساحت غشاست.

• پادجریان: محلول دیالیزی که در انتهای خروجی خون وارد می‌شود تازه است ($C_d \approx 0$)، پس $\Delta C$ در سراسر طول بزرگ باقی می‌ماند — دقیقاً همان دلیلی که مبدل حرارتی پادجریان را بر مبدل هم‌جریان برتری می‌دهد.
• همسو: دو جریان به‌سرعت به تعادل می‌رسند؛ $\Delta C$ به‌صورت نمایی افت می‌کند و می‌تواند خیلی پیش از خروجی به صفر نزدیک شود و مساحت غشا را هدر دهد.

از نظر کمّی، با تعریف $Z = \dfrac{Q_b}{Q_d}$ و تعداد واحدهای انتقال $N = \dfrac{K_o A}{Q_b}$، کلیرانس برابر است با

با بزرگ‌کردن مساحت غشا ($N \to \infty$) به سقف‌های زیر می‌رسیم

با مقادیر بالینی متداول $Q_b = 300\ \text{mL/min}$ و $Q_d = 500\ \text{mL/min}$، جریان همسو کلیرانس اوره را به $\frac{300\times 500}{800} = 187.5\ \text{mL/min}$ محدود می‌کند، در حالی که جریان پادجریان می‌تواند به تمام $300\ \text{mL/min}$ نزدیک شود. هیچ دیالیزری همسو ساخته نمی‌شود.

پاسخ

ویژگی‌ای که به دیالیزر صفحه‌ای موازی تعلق ندارد، سامانهٔ تبادل همسو است ← گزینهٔ ۳.

نکتهٔ کنکوری: در این‌گونه پرسش‌های «کدام ... نیست؟» دربارهٔ دستگاه‌ها، سه گزینه مشخصات واقعی کاتالوگ‌اند و یکی عبارتی است که از نظر فیزیکی نادرست است. جریان پادجریان در هر هندسهٔ دیالیزری جهانی است، پس «همسو / co-current» بلافاصله پرچم قرمز است — همان قاعده‌ای که برای مبدل‌های حرارتی پادجریان به کار می‌برید.