復(fù)雜形狀血管中血液兩相流動研究.pdf

1、動脈粥樣硬化是最常見的動脈疾病，動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)域研究的熱門課題之一。動脈粥樣硬化容易出現(xiàn)在大、中動脈的彎曲和分叉處，因此血流動力學(xué)因素對動脈粥樣硬化的病灶選擇性以及動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)對血管尺寸較大和直管的情況是適用的，但是對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、的情況會造成較大的誤差。也就是說紅細(xì)胞的存在可能會使心血管血流動力學(xué)因素發(fā)生改變，因此血液中紅細(xì)胞的尺度相對于血管尺寸可能需要加以考慮，這就需要計入血液中紅細(xì)胞和血漿的相互作用。 本文將針對人體心血管系統(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)，利用計算流體力學(xué)的方法和血流動力學(xué)的理論，從血液液一固兩相流的角度，進(jìn)行相關(guān)的血液流動力學(xué)分析。并闡述兩相流動情況下血流動力學(xué)量之間的關(guān)系，以及動脈狹窄后的

3、局部血流動力學(xué)環(huán)境，分析動脈粥樣硬化發(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心血管系統(tǒng)病變的認(rèn)識，而且可為心血管疾病的預(yù)防、診斷和治療提供有價值的參考。 本文首先通過比較幾種液一固兩相流模型，結(jié)合本研究的特點，確定適合本研究的模型，并建立了血液兩相流動的連續(xù)方程和動量方程。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的數(shù)值計算方法和相關(guān)的邊界條件；最后在考慮血液實際生理流動的情況下，利用FuJENT軟件對正常血管和病變狹窄血管血液兩相流動進(jìn)行數(shù)值仿真計算，得到了血管中血液兩相流動的動力學(xué)參數(shù)，分析這些參數(shù)對心血管疾病的形成和發(fā)展造成的可能影響；同時比較了血液兩相流動和單相流動時動力學(xué)參數(shù)的變化，揭示了是否考慮兩