三维复杂血管内非牛顿血液流动数值模拟

目的:探讨三维复杂血管内的血液流动特性进行非牛顿血液流动数值模拟研究。方法:采用计算流动动力学数值方法对三维复杂血管内的血液流动特性进行了模拟计算研究,并对基于牛顿流和非牛顿流的计算结果进行了比较,并分析相关的影响。结果:在三种入流速度下,牛顿流与非牛顿流的数值计算结果比较相似,两种模型的计算结果的差别主要表现在主血管竖直段内侧及分支血管外侧处的低速区,牛顿流范围比非牛顿流的结果稍大。结论:适当的非牛顿粘性血液模型数值模拟计算结果的精度更高。     

非牛顿型流体的动量与热量传递 Ⅰ.非牛顿型流体在园管中层流区内压强降的计算

不论在化学工业、石油工业、机械工业和土木工程的领域中,都要碰到不服从牛顿粘性定律的流体,即“非牛顿型”流体在管内流动的问题,文献上对此类流体在圆管中流动的阻力计算,屡有发表。本文仅限于对其中之一种,即施维多夫——宾汉塑性流体在圆管中层流内流区动的压强降加以探讨,结果得到下式     

幂律非牛顿流体流动的有限体积算法

以幂律非牛顿流体为研究对象,针对其表观黏度随剪切速率变化且计算过程有别于牛顿流体的特殊困难,提出了一种高精度格式的有限体积计算方法。对其中应力计算时可能出现的“零障碍”和“无限大障碍”奇点问题,采用限定表观黏度数值变化范围的方法以防止迭代计算过程中出现除零和除无穷问题,并给出了完整的计算方法。计算了幂律流体在圆管和突扩圆管中的层流流动,验证了该计算方法的有效性。并分析了幂律流体的流动指数对圆管和突扩圆管中层流流动的影响。     

非能动余热排出热交换器传热过程的数值模拟

采用计算流体力学软件Fluent对非能动余热排出热交换器（PRHR HX）全尺寸简化模型进行了非稳态数值模拟研究,得到了安全壳内置换料水箱（IRWST）整个受热过程中的传热和流动特性。比较分析了不同时刻、不同位置水箱内两相流动时温度场和流场的变化。根据沸腾相变的两相流模型,对水箱内沸腾两相流的流动进行了数值计算,得到了沸腾两相流流动时的温度场、流场和气相分率等结果。     

柴油低温流动性能的研究

考察了3种柴油加入低温流动改进剂前后的低温粘温特性和流变特性，利用差示扫描量热(DSC)法研究了柴油在低温下的结晶行为，运用Kissinger和Ozawa方法计算了柴油结晶过程中的表观活化能。从柴油低温下粘温曲线及流变曲线结果可知，随着温度降低，柴油由牛顿型流体向非牛顿型流体转化，由牛顿型流体向非牛顿型流体转化的温度反常点与柴油的冷滤点有一定的对应关系。通过回归流变方程发现，柴油在低温下为假塑性非牛顿型流体，并有可能向宾汉型流体转变，加入低温流动性改进剂T1804后，柴油的低温表观粘度显著降低。DSC研究表明：降温速率会影响柴油的结晶行为，加剂后柴油结晶表观活化能降低。     

一个简化的方阱流体状态方程式

本文在统计力学的基础上建立了一简化的方阱流体状态方程式。推导时,方阱位能函数处理为硬球位能函数与一短程均匀负势的迭加,方阱流体的径向分布函数则用相应的硬球数值近似替代。用方阱流体的分子动力学数据检验表明,本方程可与一级微扰理论相比拟,但更为简单与灵活。本方程为进一步研究真实流体状态方程式提供了合理与可靠的基础。     

油气润滑输送中两相流的形成

通过实验和数值模拟的方法研究了油气润滑系统输送润滑油的过程中,管道中流体的流动状态及气体在润滑油中的扩散规律。结果表明：润滑油的流动形态与雷诺数关系密切,通过图像分析方法得到润滑油中含气率为4%~6%。通过数值模拟发现,润滑油呈波浪式翻滚运动形态,在润滑油和管道壁之间形成许多气室。气室中的压力高于周围润滑油的压力,导致气体在润滑油中扩散。输送管道中形成正常连续油膜时的含气率约为6.12%,与实验结果基本一致。     

颈动脉支架植入术治疗颈动脉狭窄效果的数值模拟

目的采用计算流体力学数值模拟方法对颈动脉支架植入术(CAS)治疗颈动脉狭窄的效果进行评估。方法采用Mimics软件对1例颈动脉狭窄患者手术前后的CT影像进行三维重建,构建个体化颈动脉分叉模型,利用计算流体力学方法对模型进行三维流动数值模拟计算,以壁面剪切应力、壁面压力、血流轨迹和流量等血流动力学指标对CAS的疗效进行评估。结果数值模拟计算结果显示:与术前比较,CAS术后颈动脉内的流动速度、颈内与颈外动脉的流量分配比例、壁面剪切力和壁面压力等血流动力学指标发生明显变化,血液流动状态明显改善。结论计算流体力学数值模拟评估CAS的效果更为直观且合理,并能够在术前为个体病例提供最优的指导性方案。     

面向流体流动的计算机模拟

针对流体系统的特点，研究了模拟流体流动的格子自动机方法。对流可视化技术的现状、方法和可视化系统的设计进行了分析和探索。考察了几种典型的流动现象，得到了与实验较为一致的结论。研究结果表明：在目前条件下，立足于格子自动机这种具有极度并行性的新型流体计算模型，结合科学计算可视化技术，利用计算机来解决流体流动问题的计算机模拟方法是一条值得深入探索的研究途径。     

Numerical simulation of therapeutic effect of carotid artery stenting on carotid artery stenosis

目的 采用计算流体力学数值模拟方法对颈动脉支架植入术(CAS)治疗颈动脉狭窄的效果进行评估.方法 采用Mimics软件对1例颈动脉狭窄患者手术前后的CT影像进行三维重建,构建个体化颈动脉分叉模型,利用计算流体力学方法对模型进行三维流动数值模拟计算,以壁面剪切应力、壁面压力、血流轨迹和流量等血流动力学指标对CAS的疗效进行评估.结果 数值模拟计算结果显示:与术前比较,CAS术后颈动脉内的流动速度、颈内与颈外动脉的流量分配比例、壁面剪切力和壁面压力等血流动力学指标发生明显变化,血液流动状态明显改善.结论 计算流体力学数值模拟评估CAS的效果更为直观且合理,并能够在术前为个体病例提供最优的指导性方案.     

非牛顿流体的微观混合

采用改进的化学偶合法，研究了半连续搅拦槽内粘稠介质的微观混合规律，分析了物系粘度、搅拦转速、加料速度及其体积比，浆型及其组合对微观混鸽 有征参数－分隔指数的影响。结果表明，粘度增加使微观混合变差，但是分隔指数的变化幅度因粘度范围而异；提高搅拦转速对于改善微观混合的作用有限，尤其假塑性充体的这一相应的限定转速更低；雷诺数不能作为放大准则；兼顾剪切循环作用的组合浆具有改进非牛顿粘稠介质微观混合的显著效     

PIV和CFD在搅拌桨设计和优化中的应用

综述了激光粒子图像速度场仪(PIV)和计算流体力学(CFD)技术在搅拌桨设计和优化中的应用,阐述了PIV的实验测量基本原理及从平面PIV向三维PIV的发展趋势。目前,CFD数值模拟方法主要集中在雷诺平均方法(RANS)和大涡模拟方法(LES),而直接数值模拟方法由于物性模型精度以及计算量等原因尚难以工程化直接应用。通过CFD数值模拟方法和PIV实验方法验证,探究搅拌槽式反应器中速度场、剪切场、湍流动能耗散速率场等微观信息,进一步可以得到循环流量、平均剪切速率、搅拌功率、混合时间等宏观信息,这些结果将有助于对搅拌反应器中的流动与混合过程的深入剖析。随着高性能计算技术的发展,CFD数值模拟方法将会得到更大的应用,其与先进的三维PIV技术的耦合,将成为搅拌反应器设计与优化的重要方法。     

Effect of plasma exchange on blood viscosity and cerebral blood flow

The effects of plasma exchange using a low viscosity plasma substitute on blood viscosity and cerebral blood flow were investigated in eight subjects with normal cerebral vasculature. Plasma exchange resulted in significant reductions in plasma viscosity, whole blood viscosity, globulin and fibrinogen concentration without affecting packed cell volume. The reduction in whole blood viscosity was more pronounced at low shear rates suggesting an additional effect on red cell aggregation. Despite the fall in viscosity there was no significant change in cerebral blood flow. The results support the metabolic theory of autoregulation. Although changes in blood viscosity appear not to alter the level of cerebral blood flow under these circumstances, plasma exchange could still be of benefit in the management of acute cerebrovascular disease.     

矩形腔内冷水稳态自然对流换热的二维数值模拟

为了了解矩形腔内非Boussinesq流体自然对流换热的特有现象和规律,利用有限容积法对矩形腔内的冷水自然对流进行了一系列数值模拟,得到了不同宽深比、Rayleigh数下的流场和温度场,并对不同条件下的壁面传热特性进行了比较与分析。计算结果表明：随着宽深比的增大,流动逐渐增强,流胞数逐渐增多,壁面平均Nusselt数逐渐增大,并趋于某一定值;随着Rayleigh数的增加,换热能力也会增强,而且流动结构的转变会在更小的宽深比下发生。采用逐步线性回归方法,得到了关于热壁平均Nusselt数的传热关联式。     

电磁流量计在固含量高的矿浆液中的应用

电磁流量计因其测量通道是段光滑直管,耐腐蚀性强,所测得体积流量实际上不受流体密度、粘度、温度、压力和电导率的明显影响等优点,而广泛应用于各种工业生产中。在本项目中对电磁流量计进行了局部的改变,使其更有效的应用于生产控制过程中,同时,提高了设备运行的可靠性。     

股骨三维有限元快速建模及骨密度值求解的初步研究

运行Ansys命令流文件快速建立股骨三维有限元模型,完成股骨骨密度值的精确求解并进行验证。方法对12侧完整的新鲜成人尸体股骨标本,采用真实测量方法(真实测量组)与有限元分析方法(有限元分析组)测量骨密度值。有限元分析组进行高速薄层CT扫描、Mask文件编辑、初步三维重建、表面光滑处理、输出股骨三维模型、运行Ansys命令流文件1完成网格划分,在Mimics中对股骨三维模型赋予材料属性,完成有限元建模、分析,运行Ansys命令流文件2及文件3,读取体单元的数值及体积,在Excel中完成体单元的体积统计,与相应的密度值的乘积即为各材料属性的质量,从Mimics中直接读取三维模型的体积,求得骨密度值。真实测量组将股骨标本以电子天平精确称重后计算真实骨密度值。2组骨密度值的数据进行单因素方差分析。结果快速完成了12侧股骨标本有限元建模并完成简易的有限元分析;2组骨密度值比较差异无统计学意义(P=0.447)。结论使用Ansys命令流文件的方法可以提高有限元建模的效率;在完成有限元建模的同时可获取精确的骨密度值。     

冠状动脉局部血流动力学参数分析及斑块预警研究

目的探讨应用计算流体动力学（computational fluid dynamics,CFD）技术构建个体化正常人冠状动脉血流动力学模型的方法,探索冠脉局部血流动力学参数分布情况及各参数与冠状动脉粥样硬化病变的关系。方法以CT图像为基础进行冠状动脉三维几何建模,构建个体化冠状动脉血流动力学模型,对正常人体左冠状动脉前降支局部进行数值模拟,应用有限体积法进行血流数值模拟。结果获得个体化正常左冠状动脉前降支血管树模型及血流动力学参数,数值模拟结果包括冠状动脉的血液流场、壁面压力（wall pressure,WP）、壁面切应力（wall shear stress,WSS）分布,可见各参数呈不规则分布,在血管弯曲分叉部位靠近管壁处血流明显减速、血管发出分支区域出现高WP、WSS分布,而这些区域的对侧血管壁对应不均匀的低WP、WSS分布。结论以CT图像为基础的数值模拟技术可以重建个体化冠状动脉血流动力学模型,为分析血流动力学参数与冠状动脉粥样硬化形成的关系提供研究手段。     

基于CT血管成像的个体化自体动静脉内瘘三维数值模型

目的：探讨个体化自体动静脉内瘘（AVF）三维数值模型构建的可行性。方法：采用MIMICS软件读取自体AVF患者CT血管造影时DICOM格式的原始数据,运用阈值分割和手动分割相结合的方式进行感兴趣区的三维重建。并用CFX软件进行模型的数值仿真,分析与自体AVF功能不全相关的血流动力学参数。结果：成功构建了个体化自体AVF的三维有限元模型,可直观显示内瘘区的血流分布特点。流速最大在内瘘吻合口动脉端;进入静脉端瘤体内的主血流一部分沿瘤体壁向远处发展成涡流后达出口,另一部分朝瘤体中心形成较小的涡流后再达出口;次血流则直接沿着瘤壁到出口。结论：基于相对无创的CTA影像数据构建的真实可视化的自体AVF三维数值模型相比理想化的实验模型不仅可行、可靠,而且更加有针对性,可以形象地评估内瘘区血流动力学情况,有助于早期对患者进行个体化干预。