復(fù)雜形狀血管中血液兩相流動(dòng)研究.pdf

1、動(dòng)脈粥樣硬化是最常見(jiàn)的動(dòng)脈疾病，動(dòng)脈粥樣硬化的成因和發(fā)展機(jī)制一直是生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域研究的熱門(mén)課題之一。動(dòng)脈粥樣硬化容易出現(xiàn)在大、中動(dòng)脈的彎曲和分叉處，因此血流動(dòng)力學(xué)因素對(duì)動(dòng)脈粥樣硬化的病灶選擇性以及動(dòng)脈粥樣硬化斑塊的形成和發(fā)展起著決定性作用。目前有關(guān)的血流動(dòng)力學(xué)研究，決大部分的工作都是將血液看作是不可壓縮的單相牛頓流體，這種假設(shè)對(duì)血管尺寸較大和直管的情況是適用的，但是對(duì)于血管直徑較小和管路形狀復(fù)雜(如彎曲血管、分叉血管以及病變狹窄血管)

2、的情況會(huì)造成較大的誤差。也就是說(shuō)紅細(xì)胞的存在可能會(huì)使心血管血流動(dòng)力學(xué)因素發(fā)生改變，因此血液中紅細(xì)胞的尺度相對(duì)于血管尺寸可能需要加以考慮，這就需要計(jì)入血液中紅細(xì)胞和血漿的相互作用。 本文將針對(duì)人體心血管系統(tǒng)中較為復(fù)雜的血管形狀(U形彎曲管和Y形分叉管以及二者病變狹窄后的血管)，利用計(jì)算流體力學(xué)的方法和血流動(dòng)力學(xué)的理論，從血液液一固兩相流的角度，進(jìn)行相關(guān)的血液流動(dòng)力學(xué)分析。并闡述兩相流動(dòng)情況下血流動(dòng)力學(xué)量之間的關(guān)系，以及動(dòng)脈狹窄后的

3、局部血流動(dòng)力學(xué)環(huán)境，分析動(dòng)脈粥樣硬化發(fā)病的流體力學(xué)機(jī)理。本研究工作將有利于提高人們對(duì)心血管系統(tǒng)病變的認(rèn)識(shí)，而且可為心血管疾病的預(yù)防、診斷和治療提供有價(jià)值的參考。 本文首先通過(guò)比較幾種液一固兩相流模型，結(jié)合本研究的特點(diǎn)，確定適合本研究的模型，并建立了血液兩相流動(dòng)的連續(xù)方程和動(dòng)量方程。研究了液一固兩相流中的相間作用力、液相和固相壓力、液相和固相的偏應(yīng)力張量，并確定了各種力的相互關(guān)系以及各自表達(dá)式；接著在上述的基礎(chǔ)上建立了具有代表性的

4、彎曲血管和分叉血管的液一固兩相流動(dòng)模型，并在此基礎(chǔ)上，充分考慮血管狹窄的情況，建立彎曲血管和分叉血管的各種病變狹窄模型，并確立了血液兩相流動(dòng)的數(shù)值計(jì)算方法和相關(guān)的邊界條件；最后在考慮血液實(shí)際生理流動(dòng)的情況下，利用FuJENT軟件對(duì)正常血管和病變狹窄血管血液兩相流動(dòng)進(jìn)行數(shù)值仿真計(jì)算，得到了血管中血液兩相流動(dòng)的動(dòng)力學(xué)參數(shù)，分析這些參數(shù)對(duì)心血管疾病的形成和發(fā)展造成的可能影響；同時(shí)比較了血液兩相流動(dòng)和單相流動(dòng)時(shí)動(dòng)力學(xué)參數(shù)的變化，揭示了是否考慮兩