高切應(yīng)變率條件下血栓孔口流動(dòng)的數(shù)值模擬.pdf

1、近年來(lái)，人工心臟、支架等人造器官在世界范圍內(nèi)被廣泛地開(kāi)發(fā)。然而這些人造器官對(duì)血細(xì)胞的破壞卻始終是制約其進(jìn)一步發(fā)展的主要因素之一。對(duì)血細(xì)胞的破壞主要包括血栓和溶血。血栓和溶血可由多種理化因素引起，血液的不合理流動(dòng)是其產(chǎn)生的重要因素。醫(yī)療流體器械往往具有較為復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，這將增加血細(xì)胞破壞的可能性。故而從血液流動(dòng)出發(fā)研究血栓和溶血的生成具有重要意義。
　　關(guān)于血栓的研究，采用修正的k-ε紊流模型對(duì)孔口流進(jìn)行了數(shù)值模擬，運(yùn)用差分法編程

2、計(jì)算得到了它的流場(chǎng)。在考慮了血液組成成分之間化學(xué)反應(yīng)的情況下，模擬了血液成分（主要為血小板）在孔口流流場(chǎng)下的輸移，得到了血液成分的隨時(shí)變化，并分析了模型參數(shù)對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響。通過(guò)壁面通量模型模擬了非血管壁面對(duì)血液成分的影響（主要為血小板的沉積），分析了不同孔口管形狀對(duì)血小板沉積的影響。并且采用了耗散粒子動(dòng)力學(xué)方法模擬孔口流中血小板的碰撞和凝集，分析了孔口形狀對(duì)結(jié)果的影響，并且分析了模型參數(shù)的不同取值對(duì)結(jié)果的影響。研究結(jié)果顯示:孔口流的流

3、線在孔口處收縮，孔口周圍的切應(yīng)變率比較大，并且不同孔口形狀下的流場(chǎng)也不相同;該血栓模型對(duì)模型參數(shù)較為敏感;濃度輸移的計(jì)算結(jié)果發(fā)現(xiàn)隨著化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行血液成分之間發(fā)生轉(zhuǎn)化，活化血小板在壁面的沉積越來(lái)越多，得到了活化血小板在壁面沉積數(shù)量的隨時(shí)變化并且計(jì)算了沉積數(shù)量的初始梯度作為血小板的沉積率;通過(guò)比較孔口流動(dòng)的平均切應(yīng)變率和血小板沉積率的關(guān)系發(fā)現(xiàn)高平均切應(yīng)變率下的血小板沉積率也高，也就是說(shuō)應(yīng)盡可能地減少流體器械內(nèi)的切應(yīng)變率以降低血栓生成的可能

4、。最后比較分子擴(kuò)散系數(shù)和渦流擴(kuò)散系數(shù)的結(jié)果發(fā)現(xiàn)渦流擴(kuò)散系數(shù)下血液成分濃度更加均勻，然而血液成分總量保持一致。采用耗散粒子動(dòng)力學(xué)方法的研究發(fā)現(xiàn)，血液在孔口管內(nèi)流動(dòng)時(shí)血小板之間發(fā)生碰撞和凝集現(xiàn)象;孔口流動(dòng)中耗散粒子動(dòng)力學(xué)方法對(duì)模型參數(shù)較為敏感;不同孔口形狀下血小板的碰撞和凝集過(guò)程也不相同，高的平均切應(yīng)變率對(duì)應(yīng)血小板在壁面的附著量。
　　關(guān)于溶血的研究，利用商業(yè)軟件ANSYS對(duì)離心血泵在不同工況下其內(nèi)部的血液流動(dòng)進(jìn)行了數(shù)值模擬，得到了這

5、些工況下的流場(chǎng)?；诹鲌?chǎng)信息，計(jì)算了不同工況下的溶血評(píng)價(jià)量，分析了影響血泵溶血評(píng)價(jià)量的因素。同一比轉(zhuǎn)速下所計(jì)算的泵在高流量下的揚(yáng)程較低，同一流量下泵在高比轉(zhuǎn)速下的揚(yáng)程也高;不同工況下泵內(nèi)都產(chǎn)生了漩渦;泵在高流量和高比轉(zhuǎn)速下的壁面切應(yīng)力也較高;同一比轉(zhuǎn)速下泵在高流量下溶血評(píng)價(jià)量也較高，同一流量下泵在高比轉(zhuǎn)速下的溶血評(píng)價(jià)量也較高。
　　本文主要通過(guò)數(shù)值模擬的方法研究了人工臟器開(kāi)發(fā)過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)的血栓和溶血的問(wèn)題，說(shuō)明了數(shù)值模擬方法在該