格子Boltzmann方法模拟狭窄颈动脉修复前后的流场

采用格子Boltzmann方法模拟真实人体颈动脉血管狭窄前后脉动流场的速度、压强以及壁面剪切应力分布,给出脉动流影响下流体分离区可能出现的位置以及壁面剪切应力的分布情况,分析脉动血液流在二维不对称动脉分叉血管中容易发生动脉粥样硬化的动力学机制,并对模拟结果进行定性分析,与已有结论进行对比,为血管壁病变和动脉粥样硬化形成机制提供有用信息.     

不同血管条件下的血管机器人外流场对比分析

采用流固耦合技术,对比弹性血管和刚性血管对血管机器人外流场参数,为血管机器人外结构参数设计提供参考．对比分析发现,刚性壁模型中的血液压力比弹性壁模型的变化幅度大,在刚性壁模型中,下游形成一个速度较高的回流区域;而弹性壁模型中,下游分离成两速度较高区域．刚性壁模型对血液的扰动强度高一些,且幅度略大,而弹性壁模型的壁面剪切应力变化范围比刚性壁模型的略大．     

格子玻尔兹曼模拟壁面剪切应力的精度

采用SRT和MRT格子玻尔兹曼模型在反弹和曲线边界条件下模拟了二维斜管中的Poiseuille流,比较了不同斜管倾角、计算网格大小和雷诺数情况下的速度和壁面剪切应力计算误差.结果表明,采用曲线边界条件时,壁面剪切应力值在紧邻壁面的流点处计算精度更高;而采用反弹边界条件,计算壁面剪切应力时考虑到边界楼梯状近似的影响,壁面剪切应力的计算不应该选在离壁面最近的流点上,而应选择离壁面很近但不紧邻边界的流点,同时,MRT模型相对于SRT模型来说模拟结果稍微更精确一些,但没有明显的改进.     

血管结构对血管机器人外流场的影响研究

血管结构对血流流动参数产生影响,也会对介入的血管机器人外流场产生影响。将螺旋驱动的血管机器人介入到实际血管的血栓变窄位置的下游、分叉位置的上游、弯曲位置的下游,通过两相流场数值模拟分析,发现不同的血管结构对血管机器人外流场影响不同。血流脉动速度上升时,血栓变窄位置流动会对血管机器人产生阻碍作用;分叉位置上游血流使血管机器人尾流低速区增大;弯曲位置下游血流使血管机器人近前部速度不均匀,尾部有较大区域的低速涡流区,会影响机器人运行;而且均是头部受到红细胞的剪切应力较大。血流脉动速度下降时,血栓变窄位置血流会对血管机器人产生助推作用;分叉位置上游血流会使血管机器人前端区域速度非均匀分布,会对血管机器人运行产生影响;弯曲位置下游血流使血管机器人头部低速区的范围较大,而尾部流速较高:除了分叉位置上游血流红细胞对血管机器人头部产生较大的剪切应力,其他两种结构下血流红细胞对机器人尾部剪切应力较大。     

管阀内油水环状流稳定性的流固耦合分析

为了研究管阀与两相流相互作用下的油水环状流稳定性,结合流固耦合模型和VOF模型,进行管阀与油水环状流的双向流固耦合分析,对管壁变形及剪切应力、油相体积分布、速度场进行数值模拟分析。结果表明,管壁变形与壁面剪切力作用的大小与面积随球阀开度变化而变化,管壁变形对油水环状流产生影响。在较小的球阀开度下,流固耦合对阀下游油水两相分布、漩涡强度有明显影响,容易使油水环状流失稳。而在大开度下,流固耦合对环状流无明显影响。在实际开闭阀门操作中应快速反应,减少阀门在小开度过程中的反应时间。     

不同血压环境下椎动脉粥样硬化仿真研究

针对椎动脉粥样硬化后脑组织缺血现象,探讨血管狭窄及血压变化下的血流动力学响应,根据剪切应力及流速对动脉易损部位进行预测.基于CTA影像数据,利用逆向方法构建了椎动脉单侧狭窄模型,开展椎动脉壁面与血流双向流固耦合仿真,观察血流矢量速度与血管壁面剪切应力变化.通过与临床椎动脉狭窄术前术后流速对比,验证了椎–基底动脉有限元模型有效性.结果显示,随血压级别升高,基底动脉顶端产生动脉瘤区域局部发生壁面剪切应力下降现象,狭窄侧椎动脉流速下降,健康侧椎动脉流速提升,基底动脉整体流速上升,加剧血液对动脉瘤冲击作用.研究结果为进一步开展对椎–基底动脉粥样硬化模型的血流动力学的响应机理研究奠定基础,为椎–基底动脉血管扩张手术提供理论依据.     

磨料流载体在圆管流动中的壁面滑动特性分析

用流变学理论建立了载体在圆管中的流动模型。在考虑壁面滑移和第一法向应力差的基础上,利用所建模型推导了载体在圆管流动中的壁面压力、壁面剪切应力和壁面滑动速度公式,并分析了各相关因素对其的影响。结果表明,加入第一法向应力差的影响,可以很好地解释载体流动中弹性能的储存现象;由壁面滑移速度公式可知,管壁处的流速不仅与流体的流量、压力有关,而且和载体与管道间的摩擦系数及载体的第一法向应力差有关。这一结论对分析磨料流的加工机理提供了理论依据。     

复杂血管内两相流数值模拟

为了更全面的了解复杂血管内部流动状况,采用液固两相流模型和脉动速度入口条件,对分叉弯曲复杂血管内部两相流动进行模拟分析。通过对其压力、速度、流线、壁面剪切应力、红细胞体积浓度分布等流动参数分析,发现在血管弯曲和分叉区域,血液流动复杂,容易产生低速回流区或二次回流,而且剪切应力较低,红细胞体积浓度较高。     

基于分子动力学模拟的流体剪切力学特性分析

考虑固体壁面对流体分子作用力的影响,建立了两平行壁面-流体系统的分子动力学模型,模拟了壁面切向运动对流体的剪切过程,分析了壁面速度对不同离壁距离流体层微观剪切力学特性的影响,研究了剪应变率、工作压力和温度对流体宏观剪切力学特性的作用规律.研究表明:受到分子无规则热运动的影响,不同离壁距离流体层的剪切应力呈现出波动变化状态,但随着流体剪切运动的增强,剪切应力的波动幅值逐渐减小;当壁面切向运动较大时,近壁层流体在运动速度上与壁面之间易出现较大的滑动,壁面-流体出现边界滑移;工作压力及温度影响着分子间距离,压力升高与温度降低都将减小分子间的距离,从而引起流体黏度与剪切应力的增大.      

机匣附面层对涡轮转子叶顶流动及换热的影响

以GE-E3型燃气涡轮发动机第1级高压涡轮转子为对象,通过改变进口段长度、机匣的壁面条件以及叶顶间隙的高度,调节二次流与泄漏流之间的强弱关系,分析了机匣附面层对叶顶区域气流流动和叶顶壁面换热特性的影响,并研究了叶顶边缘的倒圆处理对叶顶气流流动和壁面换热的影响.结果表明:泄漏流与二次流的相互作用,导致叶顶头部吸力面侧产生了高换热系数区域;减少二次流或增加泄漏流,均可使得叶顶头部吸力面侧的高换热系数区域减小,压力面侧的高换热系数区域增大.     

基于CFD的血管病变部位血流流变特性分析

为探究血管病变对血流流动特性的影响，研究了血管结构改变前后血流流动特性的改变.提出了一种对血管病变前后的血流流场进行对比研究分析的方法，利用断层扫描数据建立几何模型，用Geomagic Studio将病变血管复原成为发生病变前的形状，并基于弹性血管中血流脉动的力学特性，使用ANSYS软件对采用牛顿流体力学模型的分叉部位血流流场进行数值模拟.模拟结果显示病变组织部位受到更大的切应力影响，而在病变组织远心端产生了明显的流速低和切应力低的二次流动和更大的血压压差，这些流体特性会对血管进一步病变产生重要影响.     

轴对称有狭窄弹性管流固耦合模型及数值模拟

建立了求解厚壁,有狭窄,大管壁变形的血管及管内血液流动的流固耦合问题的数值计算模型。血管的几何形状、物质特性及模型的有关物理参数由模拟颈动脉血流及血管壁塌陷的实验获得。流体采用Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程,用广义有限差分方法求解。     

双螺旋驱动的血管机器人绿色设计

文章设计了一种双螺旋驱动的血管机器人,双螺旋结构有助于提高血管机器人运动灵活性,给出了效用函数初步评价血管机器人绿色性的模型．采用CFD方法分析血管机器人与血管壁间的稳态和瞬态流场,并进一步优化双螺旋驱动血管机器人的外形结构的6个参数,这些参数对血管机器人外部压力场影响明显,血管机器人直径D3参数对机器人外壁附近的速度场影响较明显．优化结果显示,当D1=2．2,D2=1．0,D3=2．4,L1=2,L2=5,Li=0．4-0.2时,血管机器人外流场对血管机器人运行影响较小．     

(滚)法推拿形成运动狭窄粘弹性血管血液动力学

建立具有局部轴向运动狭窄的粘弹性血管中脉动血流模型,模拟研究中医扌衮法推拿的血液动力学机理.血液为牛顿流体,血流遵循线化Navier Stokes方程,血管壁为线性粘弹体,扌衮法推拿作用下血管形成轴向运动狭窄水平外力作用.求解得出血管内血液流速、流量以及管壁切应力.结果表明在扌衮法作用下,血管一个心动周期血液流量有明显变化,且随手法频率的加快以及作用力水平渗透系数增大而增大,随最大狭窄度的增大而减小;同时狭窄段内以及狭窄后部切应力随手法作用也明显变化.手法频率,血管最大狭窄度和作用力水平渗透系数,是中医扌衮法推拿的重要参数.     

锥形血管中非定常流动的管壁切应力分布

对锥形血管中的非定常血流流动进行了讨论,导出了管壁切应力分布的公式,在相应的数值算例中,着重讨论了锥度角及轴向距离对管壁切应力的影响。     

车身非光滑表面边界层流场特性分析

为了研究非光滑车身表面边界层流场特性,采用大涡模拟与Realizable k-ε湍流模型对车身外部瞬态和稳态流场进行数值模拟计算,对比分析了非光滑模型与光滑模型边界层内速度、粘性底层厚度、壁面剪切力、表面摩擦阻力因数、湍流强度和湍流耗散率等流场参数,解析了非光滑表面对车身流场流动特性的影响.研究结果表明,非光滑模型边界层内速度明显高于光滑模型,边界层厚度、壁面剪切力、表面摩擦阻力因数、湍流强度、湍流耗散率都比光滑模型有所减小.非光滑表面的引入加剧了车身尾迹气流的参混效应,防止外界的高速流对内部低速流的引射作用,从而减少了车身流场能量的损失.     

钢骨混凝土转换梁的受力分析

利用解析方法分析钢骨混凝土转换梁与上部剪力墙共同作用的受力特点和变形规律,得出这种结构的应力分布解析解,并与某工程的非线性有限元计算数据进行比较,结果是吻合的。转换梁应作为偏心受拉构件,同时要考虑剪力墙参与工作部分。在剪力墙和转换梁端部应着重考虑剪力与竖向压应力,并考虑二者共同作用。     

大血管中的血液流动 (二)弹性管情况

本文作为对大血管的入口区域中血液流动的进一步研究,讨论了弹性管的血液流动问题。导得了一组可以应用于大血管的入口区域中的血液流动的速度分布,压力分布公式以及血管壁位移公式。分析表明,这些公式也适用于刚性管的血液流动问题。