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。     

颈动脉几何形状对动脉粥样硬化形成的影响

将格子 Ｂｏｌｔｚｍａｎｎ方法应用于模拟真实人体颈动脉分叉的脉动流场,比较了不同几何形状（如 动 脉 窦、分 叉角和颈内动脉弯度）的血管中脉动流场的速度,压强以及壁面切应力分布情况,指出血管中容易发生动脉粥样硬化的部位,从而揭示动脉粥样硬化的形成和发展的血流动力学因素      

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.     

颅内Willis环三维稳态及非稳态血液动力学计算

为了解颅内Willis环中正常与非正常情况下的血液流动状况,帮助临床医生更深入了解Willis环的作用,利用核磁共振成像数据以及计算机辅助设计软件建立了一系列三维Willis环的计算模型,其中包括医学上常见的一些变异、病变症状.给出了在各种物理模型下的血液定常稳定流和非定常脉动流的仿真结果,包括血液流量分配和壁面剪切应力的分布,证实了在Willis环内动脉粥样硬化病变与低的壁面剪切应力有关.该项研究对于临床治疗脑血管疾病具有重要指导作用.     

管内脉动层流动力学特性研究

采用数值模拟方法对圆管内低频率脉动层流动力学特性进行了研究,分析了管内脉动层流速度以及流体剪切应力分布特性.研究结果表明:脉动层流中出现回流现象,且速度边界效应的范围与脉动频率有关.脉动频率越大,速度边界层范围越小,边界层内速度梯度越大.在边界层内,流体剪切应力的作用方向出现周期性变化.随着振幅A的增大,壁面剪切应力先增后降,然后再增,最后趋近于某一值.而管道压降随着振幅的增大最初变化并不明显,在A=0.6时压降急剧增大,而当A0.8时明显降低.综合考虑脉动频率和振幅对壁面剪切应力与压降的影响规律,存在最佳振幅,且最佳频率为0~2.5Hz.     

三维晶格玻尔兹曼方法模拟动脉弓内的流场

简要介绍了三维晶格玻尔兹曼方法,它是模拟流体流动以及为复杂物理现象建模的一个新工具.应用三维晶格玻尔兹曼方法对动脉弓模型的流场在不同雷诺数情况下进行模拟,给出了弯管内的轴速度、二次流和壁面剪切应力的分布特征,并对结果进行了详细的分析.     

水平弯管高压密相气力输送数值模拟

针对水平弯管高压密相气力输送,基于Euler/Euler双流体模型,引入Vescovi摩擦应力模型、颗粒动理学理论以及Huilin-Gidaspow曳力模型,同时结合Johnson Jackson壁面模型构建了水平弯管高压密相气力输送两相流模型.并用所得模型对水平弯管进行了模拟计算,获得了其力学机制和管道流场信息.模拟结果表明:颗粒自上游水平管进入弯管后,在管道外壁面附近逐渐形成高浓度区域,颗粒间摩擦应力以及颗粒与壁面剪切应力迅速增大;颗粒由弯管进入下游水平管后,管道外壁面高浓度区域逐渐消失,并在流动过程中,颗粒逐渐沉降,管道底部颗粒间摩擦应力以及颗粒与壁面间剪切应力相应增大;模拟预测的水平管段流型与ECT图基本吻合;模拟预测弯管段和水平管段压降均与试验值相符合,误差在14%以内,证实了模拟的可靠性.     

格子Boltzmann方法模拟二维轴对称狭窄血管内的脉动流

将格子Boltzmann方法应用到二维轴对称余弦狭窄血管模型,模拟比较加入脉动后流场速度、压强和剪切应力分布,并详细分析了不同狭窄模型、Reynolds数和Womersley数对血液流动规律的影响,从而为研究血管壁病变和动脉硬化形成机制提供了有用的理论参考.     

可压缩钝楔边界层转捩到湍流的直接数值模拟

直接数值模拟了来流Mach数为6的钝楔边界层在特定扰动(音速点附近壁面吹吸)下的转捩到湍流的整个过程. 分析了平均速度剖面, 脉动速度均方根及剪切应力等统计量, 并与不可压理论及实验结果进行了比较. 展示了转捩过程中的涡结构并分析了压力梯度对转捩的影响.     

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.     

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.     

弯曲血管可渗透边界条件计算

用数值模拟的方法研究了血管壁为可渗透的情况下弯曲血管的传质问题。在不同的Dean数下,10≤De≤10800,计算了弯曲血管内的二次流、轴向速度场和剪应力沿管壁分布的情况。计算求得了在不同Dean数和Peclet数下,其中10≤De≤2000,1≤Pe≤4,在可渗透边界条件下弯曲血管内的浓度场分布,并分析了诸如壁面剪应力及跨壁流量等参数对传质的影响。计算表明随着Dean数的增加,定常层流开始失稳。血管截面内侧区是浓度分布较高区域,并且随着Dean数和Peclet数的增加,内侧区浓度明显增大。证实了在边界可渗的情况下,大分子更易聚集在弯曲血管内轴向速度较低的低剪切区。这也可解释动脉粥样硬化病灶发生部位多在弯曲血管内侧壁的原因。     

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。     

气液并流垂直液膜流动的数值模拟

应用计算流体力学软件Fluent,采用VOF方法模拟了气液并流垂直液膜流动.将平均液膜厚度数据与文献数据对比,验证了模型的合理性.考察了气、液相雷诺数和壁面剪切力对液膜流型的影响,分析了不同截面液膜厚度随时间的变化情况,且比较了液膜波动与壁面剪切力的变化规律.模拟结果表明:液膜的流动形态在不同高度处主要有滴状流、层流、层流-湍流和波状湍流,可划分为入口段、发展段和稳定段3个区域;波形低谷值对应剪切力的高峰值,大振幅波的高峰值对应剪切力的低谷值,但由于液膜波动的随机性以及波的叠加,并不是所有的剪切力高峰都与液膜波谷相对应.     

幂律流体同心环空内层流脉动流的数值分析

建立幂律流体环空内层流脉动流的数学模型,采用SIMPLE算法进行数值求解,得到幂律流体环空脉动层流的流动特性。结果表明:幂律流体环空脉动流的流动特性与稳态流动时差异较大;环空脉动流在距入口非常短的一段距离内就可达到充分发展,且不同时刻的入口段长度随时间而变化;低脉动频率下速度分布曲线类似于稳态时的抛物形分布,高频率下壁面附近的速度分布曲线发生扭曲,振荡速度的最大值出现在壁面附近;内、外壁面的摩擦系数和轴向压力梯度均近似满足正弦变化规律,脉动频率、振幅和流体流性指数的增加均会使壁面摩擦系数和轴向压力梯度及其变化幅度增大。     

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。     

基于CT影像的颈动脉分叉血流动力学特性分析

利用实际病人的CT影像数据构建颈动脉分叉血管几何模型,利用ANSYS有限元软件计算血流速度和压力分布,对颈动脉血流动力学的特征进行分析,如颈动脉剪切应力在一个心动周期里不同时刻的变化情况,颈动脉窦部的血流速度场随时间变化情况,涡流形成的特点;然后分析颈总动脉、颈内动脉和颈外动脉的血流阻力变化情况.数值仿真结果表明,在心动周期的不同时刻,颈动脉窦部的剪切力几乎是最小的.在颈动脉窦部下方附近,涡流易于形成.在收缩期的开始阶段,动脉阻力有一个很大的高峰.这些特点会对研究颈动脉血管疾病有一定的启发.     

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。     

(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.