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。     

基于双向流固耦合的血管机器人外流场数值模拟

采用双向流固耦合的方法,对血管机器人的外流场进行数值模拟,为血管机器人外结构与运行参数设计提供参考.计算结果显示,伴随着血流脉动,血管的变形呈现周期性喇叭形扩大—向前传递—恢复原状,变形较大的区域主要集中在血管机器人迎流面,同时机身旋转的作用快速将血液输送至背流面,使背流面的变形比机身变形略大;进而给出了壁面剪切应力与血管变形间的关系式,揭示壁面剪切应力随血管变形而变化的规律.最后,分析了血管弹性对血管机器人推动性能的影响,结果表明,血管弹性对血管机器人推动性能影响不大.     

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．     

弯曲动脉血管中血液流动对血栓形成的影响

血栓性疾病大多发生在弯曲和血管分叉的位置附近,其形成机制和原因比较复杂,目前的研究主要集中在临床病例的治疗护理方面.临床观测表明,动脉疾病的发病机制和病变发展与血流动力学特征(如流场分布、壁面剪应力等)密切相关.采用计算流体力学方法,从血流动力学角度研究了弯曲血管中血液流动的改变对血管栓塞形成的影响.主要从血流入口初始速度、弯曲曲率半径、血管管径及血液黏度方面研究血液流动对血栓形成的影响.同时结合相关医学病例.从多学科角度分析并验证医学研究中有关血管弯曲对血栓形成机理的猜测.     

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.     

基于计算流体力学的血液和血栓通过静脉瓣时流动分析

静脉瓣存在于静脉血管中,其主要功能是防止血液逆流.结合血栓形成的要素,预测静脉中易于形成血栓的位置,并且研究血栓对静脉瓣的影响.利用计算流体力学(CFD)Fluent 19.0软件,建立静脉血管模型,在静脉瓣不同张开程度、血液不同来流速度和血液不同黏度下进行研究.得出静脉瓣窦区域中的血流会生成漩涡,并且窦区域为血流低速区和低剪切力区,静脉瓣张开程度增加、血液来流速度下降和血液黏度增加都会使静脉中低速区的血流速度更缓慢.血栓通过静脉瓣时,静脉瓣张开程度减小、血液来流速度增加以及血液黏度增加,都会使得血栓对瓣膜的剪切力增大.结果表明,在血液低流速、高黏度的状态下,窦区域的血流环境可能会导致血栓的形成.血栓会对静脉瓣造成一定的损伤,并且损伤程度随着静脉瓣张开程度的减小、血液来流速度的增加和血液黏度的增加而增加.     

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.     

狭窄血管内流场的PIV实验研究

为了对狭窄血管内的剪切应力等流动力学参数及流场形态进行可视化测量,利用三维粒子速度场仪在不同雷诺数下对50%狭窄的颈动脉血管内的流场及剪切应力等流动参数进行了测量.实验结果表明,血管狭窄下游出现了较大范围低剪切应力区域,该区域内剪切应力值低于多数研究认为的能够避免血管内皮细胞损伤的最低值0.4 Pa(4 dyn/cm2).此结果支持了低剪切应力在血栓形成中起着重要作用的观点,同时血管狭窄处出现了较小范围的高剪切应力梯度区域,狭窄下游的涡流则会不断卷吸部分血液反复通过此区域造成血液成分受损,加速斑块的形成.     

血管对HIFU治疗焦域影响的实验研究

通过实验测量高强度聚焦超声辐照下仿组织体模中焦域附近特定点的温度变化以及形成焦域大小分析血管对HIFU治疗焦域的影响.当血管位置和血流速度分别不同时利用热电偶探针测量几何焦点上方2 mm处温度,采用Matlab编程计算焦域体积.在血管前方聚焦时,焦域附近峰值温度较高,形成焦域体积较大;在血管后方聚焦时,焦域体积随远离血管距离的增大而增大;无血流时,焦域附近峰值温度较高,焦域体积较大;加入血流之后,焦域附近峰值温度明显降低,但血流速度差异性对峰值温度和焦域大小影响不明显.血管位置和血流速度影响HIFU治疗焦域温度分布,在临床治疗焦域附近有血管时应当考虑血管的影响.     

脉动流场中血管微型机器人的运行研究

研究一种应用于人体血管的新型螺旋式微型机器人.利用机器人机体内外表面不同旋向的螺旋槽和在液体环境中不同转向的高速旋转,实现机器人的悬浮式快速运行.在模拟人体主动脉的脉动流场环境下,运用计算流体力学(CFD)方法数值研究螺旋机器人在一定的运行速度下,机器人内外螺旋的轴向驱动力、轴向力矩以及机器人对血管壁的压力,并且分析机体的内外转速和机器人运行速度对机器人轴向驱动力和血管壁所受压力的影响.研究结果表明:血管壁所受最大压力和机器人内外螺旋轴向驱动力变化基本和血流速度变化趋势一致,机体外螺旋所受轴向力矩为负值,机体内螺旋所受轴向力矩为正值;随着机体内外转速的增加,血管壁所受最大压力和机器人的轴向驱动力都随之增大,机体外螺旋转速的增加更有利于机器人轴向驱动力的增大;随着机器人运行速度的增大,机器人轴向驱动力先增大,当运行速度达到一定值时,机器人轴向驱动力又随之减小.实验证明这种螺旋机器人可以在顺流和逆流的流体环境中运行.     

Experimental investigation on upstream-injection interaction with a scramjet cavity flameholder

The study has evaluated the coherent structures and the velocity field of gaseous transverse jet upstream of a scramjet flameholder in a supersonic turbulent flow. The high spatiotemporal resolution coherent structures of the jet plume/wakes and the cavity shear layer were obtained by utilizing the nanoparticle-based planar laser scattering technique. Compared to the no upstream injection case, the cavity shear layer downstream of the jet shows significant mass exchange with mainstream. The particle image veloc- imetry velocity field and the velocity profiles demonstrated that the interaction intensity of the cavity shear layer with the upstream injection is further enhanced as the injection stagnation pressure increases.     

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．     

应用折射率匹配技术测量复杂形状通道内的液体流场

通过折射率匹配方法，应用激光多普勒测速仪测量了突缩与分叉复合管内的液体流场，采用石英玻璃制作实验段，苯甲醇和乙醇的混合溶液作为流动工质，适当调配两种溶液的混合比例，使液体工质和固体壁面具有相同的折射率，均为1．458，消除了壁面对测量光线的折射影响，拓宽了激光多普勒测速仪的应用范围，提高了测量精度，测量结果表明，在汇流区域的下游，在两根管道轴线组成的水平面内，主流速度分布呈双峰状，其中较大的峰值偏向主管中正对旁路的壁面一侧。在铅垂平面内，轴向速度分布呈“M”型。     

螺旋驱动血管机器人外结构参数优化

为了改善螺旋驱动血管机器人运动性能,对其外结构参数进行数值优化.对不同螺旋参数(螺旋线数、螺旋升角、螺宽与螺距之比)的血管机器人外流场进行数值模拟比较分析,得到优化后的外形参数分别为:螺旋线数6,外径8mm,轴向长度15mm,螺宽1.13mm,螺高0.8mm,螺升角45°.计算结果表明,优化后的血管机器人结构的轴向推动力增加了4.69倍,而液体阻力矩仅增加了0.18倍.     

汽车后视镜流场的试验与数值研究

为了解后视镜的流场特性,以风洞试验与数值计算为手段,对后视镜的压力场与速度场进行测量和计算,并将测量结果与数值计算结果进行比较,评估两者的异同.数值计算结果与风洞试验结果的平均静压与速度、脉动速度的标准差以及自功率谱密度的一致性表明,所使用的数值计算方法具有可行性,能够较为真实地反映出后视镜的流场特性,数值计算结果与风洞试验结果能够相互验证.试验段近地面的平均静压变化反映出后视镜尾部的流动状态,能量耗散最为强烈的地方出现在远离后视镜约1.0倍后视镜直径的区域,回流区域影响范围可达3.0倍后视镜直径.后视镜尾部带有强烈的脉动速度,剪切层侧的速度脉动比其他区域大,个别测点脉动速度标准差数值可达来流速度的0.3倍,它们的主要能量集中在中低频区域.