心脏内部血流实时动态径迹的非侵入性显示方法——超声微泡血流图

一、前言人体心内血液流动是生命存在的象征.显示人体心内血液流场对研究心脏力学及其病理改变有着重要意义.虽然流体力学中显示流场动态的方法有多种形式,但要显示人体心内血液流场,又要做到     

纳米示踪平面激光散射技术在激波复杂流场测量中的应用

在激波以及激波边界层相互作用这类含激波的复杂流场中,流场结构具有明显的三维特征.研究这类流场,采用纹影、阴影和干涉等传统流动显示技术空间分辨率较低,难以分辨流场的三维特性.基于纳米示踪的平面激光散射技术(nano-tracer planar laser scattering,NPLS),是作者近年来开发的一种新的研究超声速流场的测试与显示技术,可对超声速复杂三维流场进行高时空分辨率流动显示与测量.NPLS技术的特点使其成为测量激波复杂流场的有力手段.近年来,作者以NPLS技术为主要手段,对航空航天领域典型的激波复杂流场进行了试验研究,包括超声速弹头绕流、超声速混合层、超声速边界层,以及激波边界层相互作用流场,显示出NPLS技术在激波复杂流场精细测试与流动显示中优势.本文简要介绍NPLS技术在激波复杂流场测量中应用的研究进展.      

尖头旋成体跨声速自由飞的流场显示研究

本文利用弹道靶设备开展了尖头旋成体模型跨声速自由飞的流场显示工作;讨论了实验中的有关问题;给出了部分流场显示结果.这些结果清楚展现了模型在很小干扰下的绕流情况.从中可真实了解尖头旋成体跨声速自由飞流场的内部结构;对了解跨声速流场有一定参考价值.     

主动脉瓣倾斜角度血流动力学的 PIV 实验研究

瓣叶血栓是主动脉瓣置换术后典型的继发性瓣膜疾病,血流动力学特征异常在其发展过程中至关重要.本文利用粒子图像测速 (particle image velocimetry,PIV) 系统,实验研究了主动脉瓣开口纵向轴线与升主动脉纵向轴线之间倾斜角度 ($\alpha =0^\circ$, $\alpha=5^\circ$,$\alpha =10^\circ$ 和 $\alpha =15^\circ$) 对速度、涡度和黏性剪应力分布等血流动力学特性的影响.研究结果表明:当 $\alpha =0^\circ$ 时,主动脉根部跨瓣血液流动为中心对称流动,而 $\alpha =5^\circ$,$\alpha=10^\circ$ 和 $\alpha =15^\circ$ 时跨瓣血液流动向升主动脉的左冠状动脉一侧倾斜.随着倾斜角度增大,跨瓣血液流动方向倾斜程度增加,血液流动冲击升主动脉壁,损伤内皮细胞导致血栓形成.主动脉瓣倾斜时主动脉窦血液流动速度增大,涡旋也更向主动脉窦底部运动,不利于血液从冠状动脉口流出向心肌供血.同时,主动脉根部的高涡度和高黏性剪应力区域也向升主动脉的左冠状动脉一侧倾斜,主动脉窦的高涡度区域位于主动脉窦底部、高黏性剪应力区域分布于主动脉窦壁面处.主动脉瓣存在倾斜角度时,涡度和黏性剪应力较大,特别是 $\alpha =10^\circ$ 和 $\alpha=15^\circ$,为血栓形成提供了有利环境.研究结果可为临床主动脉瓣置换术参数选择以及继发性瓣膜疾病的避免提供理论依据和技术参考.      

长江三峡巴东县城区三道沟滑坡成因研究

构造了三维混合层流场用离散涡丝描述的计算模型并进行了数值模拟．给出了流场的涡结构以及不同剪切率、不同扰劝强度下涡结构的特征，得到了流场中的平均速度、动量厚度．由计算被动粒子显示了流场螺旋涡结构的图像．做了相应的流动显示实验研究，所得结果与计算结果非常相近．本研究为了解该流场并由此进行流场控制提供了依据．     

流动显示技术浅谈

前言流动显示技术(或称流动可视化技术)是实验流体力学最有用的工具之一。它的目的是使流场流动可见,通过对宽广范围流场的观察与分析,使全面掌握流动的性质成为可能。流动显示技术与其它方法相比有三个特点:(1)对所研究的流动干扰较小,或者根本无干扰,因而能获得可靠的流场信息;(2)能对大范围流场甚至全流场提供定性或定量的结果; ...     

流体双折射三维流场显示测试系统及应用研究

本文简要介绍流体双折射三维流场显示测试系统的研制和控制特点,流体双折射介质特性,光力学特性及对水下运动物体的应用研究.     

绕水翼超空化流动形态与速度分布

为揭示超空化流场结构特性,利用高速全流场显示技术,观察了绕hydronautics水翼的超空化流动形态,并利用数字粒子图像测速仪(DPIV)测量了其速度分布. 在测量空穴内部流速分布时,采用空化流场中的空化泡作为示踪粒子来显示流动结构. 结果表明:随着空化数的降低,超空化流动显现出了明显的阶段特征,其中水汽混合相和汽相的分布决定了空化区域的形态与流速分布;空化区和主流区的汽液交界面处存在着较大的速度梯度;低速分布区域随着空化数的降低由水翼吸力面中后部向水翼下游移动;在空化区域内部,水汽混合区的速度相对较低,而汽相区则与主流区有着相近的速度分布.关键词超空化水翼、DPIV、高速摄像、空化形态、流速分布      

消息与动态(十八)

血液在轴对称狭窄直圆管内的流动在动脉系内,由于血管内皮细胞的异常增生造成动脉狭窄,这是许多研究人员重视的问题。动脉狭窄和血液流动间存在耦合作用,许多学者在进行病理研究同时,对狭窄区血液流场进行理论分析,探索动脉狭窄的血液动力学依据。因问题的复杂性,绝大多数所研究的力学模型是轴对称狭窄直圆柱刚性管内牛顿流体的流动。     

小型可调Re数弹道靶上的跨声速实验

本文介绍了一种可调 Re 数小型弹道靶设备;讨论了该设备实验中的一些问题.由此开展了两种尖头细长旋成体不同 Re 数下的跨声速实验,并给出了部分流场显示结果.     

消息与动态(十八)

血液在轴对称狭窄直圆管内的流动在动脉系内,由于血管内皮细胞的异常增生造成动脉狭窄,这是许多研究人员重视的问题。动脉狭窄和血液流动间存在耦合作用,许多学者在进行病理研究同时,对狭窄区血液流场进行理论分析,探索动脉狭窄的血液动力学依据。因问题的复杂性,绝大多数所研究的力学模型是轴对称狭窄直圆柱刚性管内牛顿流体的流动。     

消息与动态

血液在轴对称狭窄直圆管内的流动在动脉系内,由于血管内皮细胞的异常增生造成动脉狭窄,这是许多研究人员重视的问题。动脉狭窄和血液流动间存在耦合作用,许多学者在进行病理研究同时,对狭窄区血液流场进行理论分析,探索动脉狭窄的血液动力学依据。因问题的复杂性,绝大多数所研究的力学模型是轴对称狭窄直圆柱刚性管内牛顿流体的流动。     

人体生物摩擦学的研究现状与展望

介绍了人体生物摩擦学的概念,分析了头发、眼睛、皮肤、牙齿和关节等系统的生物摩擦学研究现状,就血液、人工心脏泵、人工心脏瓣膜和食品味觉的生物摩擦学研究方向进行了展望.指出当前人体生物摩擦学研究的关键科学问题主要包括人体摩擦副的特殊摩擦学行为及机理、模拟人体生物环境条件的人工器官摩擦磨损试验方法研究、人工材料在体内的生物摩擦学行为反应预测及磨粒在体内的生物反应和临床病症的评定.     

一种扑翼运动的模型实验及流场测量方法

俯旋、下拍、仰旋、上挥是一般昆虫运动的四个典型运动过程 ,本文通过研制三维和二维扑翼流场模拟装置以及相应的运动控制系统 ,实现了对昆虫扑翼飞行的上述过程的模拟。在测量方面 ,流场信息主要是通过自研制的 2D -DPIV(二维粒子速度成像仪 )来获得。该系统装备了高分辨率的高速CCD摄像机能够较为精细地动态量化流场 ,3维和 2维流场的动态流动显示以及量化测量都是通过它来实现。初步实验结果表明 ,模拟装置能成功地刻画昆虫翼的典型运动特征 ,2D -DPIV系统也能捕捉和反映强非定常特性的流场。本文还显示了实验中发现的一些有趣的现象 ,这些现象将作为我们进一步研究的重点     

血液旋流分离的理论及实验

本文应用流体运动方程组解出高速旋转分离后的血液流场的压力分布系数;确定和计算血浆和血球界面位置以及分离容器的优化设计等作为提供技术参考。     

冠状动脉对称双路移植管中脉动血流的数值模拟

冠状动脉旁路移植管搭桥术后，常会产生血管再狭窄，导致手术失败，。这与移植管的几何结构及血流动力学是密切相关的。作为改进措施，作者提出了采用对称双路搭桥的设想。本文利用有限元分析方法，对冠状动脉搭桥术中对称双路移植管内的生理流动进行了数值仿真。计算了缝合区附近的流场、壁面切应力、压力等血流动力学因素在心动周期内的时空分布情况。计算结果表明，对称双路搭桥具有较好的血流动力学，可以改善血管流场状况和减轻再狭窄发生。这对临床手术计划是很有帮助和指导意义的。     

65°三角翼亚音速复杂流场计算和数据可视化

提出一种基于非结构混合网格和有限体积法的有效计算策略,对第二期国际涡流试验项目(second international vortex flow experiment,VFE-2)的尖前缘65°三角翼在马赫数0.4,迎角20.3°,雷诺数2×10~6条件下的亚音速复杂流场结构进行数值模拟,重点探讨了基于计算数据进行该类型复杂涡系干扰表面和空间流场关键特征提取和数据可视化问题.通过与相关试验类比,建立了与先进试验流动显示技术相比拟的定性和定量分析方法,为三角翼这类复杂流场结构的精细分析奠定了技术基础.采用上述方法,细致分析了亚音速三角翼的大迎角复杂旋涡流场结构,得到了与试验一致的结论.研究证实:在大迎角条件下,三角翼流动物理复杂,黏性效应耦合严重,只有通过N-S方程计算才能准确地捕捉主涡和二次涡的发展.     

弯曲动脉的血流动力学数值分析

利用计算流体力学的理论和方法对弯曲动脉中的血流动力学进行数值分析，是研究心血管疾病流体动力学机理的一种行之有效的方法。本文将升主动脉、主动脉弓和降主动脉联系起来作为弯曲动脉几何模型，给出了血液流动的边界条件以及计算条件。根据生理脉动流条件，对狗的弯曲动脉几何模型内发展中的血液流动进行了有限元数值模拟，并利用可视化方法对血液流动的轴向速度、二次流、壁面切应力等计算结果进行了分析。研究结果表明，在弯管内侧壁处，同时存在主流方向和二次流方向的回流，此处容易形成涡流。弯管内侧壁比外侧壁的壁面切应力具有更强的脉动性。     

镜像对称顶盖驱动方腔内流过渡流临界特性研究

流场过渡流临界特性是指流场因流动状态改变而引起的流场物理特性变化. 如流动从定常演化为非定常周期性时, 流动处于过渡状态的物理性质. 它从根本上决定了流动演化模式和流场特性等物理规律, 对认清流动现象的形成机理有重要意义. 本文在之前腔体内流流场过渡流临界特性研究的基础上, 针对镜像对称顶盖驱动方腔内流开展数值模拟和流场稳定性分析研究, 捕捉各流动分岔点, 如Hopf流动分岔点和Neimark-Sacker流动分岔点等, 并揭示其对流场特性的影响; 分析流场演化模式, 随着雷诺数增大从定常状态依次演化为非定常周期性流动、准周期性流动和湍流; 揭示各种流动现象的形成机理, 如流动滞后、对称性破坏、能量级串等; 分析流场拓扑结构, 阐明流场镜像对称性和流场稳定性的关系. 本文研究成果有助于揭示该流场的物理特性, 进一步完善了内流流场特性的研究. 研究发现, 针对本文镜像对称方腔顶盖驱动内流, 流场稳定性的破坏总是以Hopf流动分岔点的出现而发生并且伴随着流场对称性的破坏; 流场演化模式符合经典的Ruelle-Takens模式; 流动从定常状态演化至非定常周期性流动时存在流动滞后现象.      

自主研制实验设备,提高实验室综合实力

自主研发实验设备是办学水平的具体体现,也是培养学员创新能力的活教材.流体力学实验室结合军队"2110"工程建设,先后研制了机翼升阻力实验仪、自循环流场显示系统、船池拖动系统等实验设备,解决了教学急需,锻炼了实验室队伍,提高了教学质量.